危险源辨识课程设计含老师批注.docx

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危险源辨识课程设计含老师批注

安徽建筑大学

《危险源辨识与评价》课程设计

2013~2014学年第2学期

课程名称：

危险源辨识与评价

题目：

煤矿巷道和采掘面危险源辨识与评价

专业：

安全工程专业

班级：

11安全

（1）班

学号：

***********

**************************************

设计时间：

2014年6月

**********************************

土木工程学院安全工程系

1.摘要……………………………………………………3

2.煤矿中的危险源………………………………………3

3.煤矿水害事故模型简介………………………………3

4.事故树分析概述………………………………………4

5.用事故树法确定煤矿防治水评价指标体系…………5

6.工程实例……………………………………………5

6.1某煤矿六采区地质水文条件概述……………5

6.2六采区突水事故树分析………………………7

7.预先危险分析法概述…………………………………9

7.1预先危险分析法步骤…………………………10

7.2煤矿水灾预先危害分析………………………11

8.煤矿水灾安全评价……………………………………11

9.总结……………………………………………………12

参考文献

1.摘要

随着我国煤矿企业向大型化和设备现代化的飞速发展,从政府部门对煤矿企业灾害的宏观控制与煤矿企业自身对事故预防两方面考虑,开发重大危险源控制系统已成为煤矿企业安全生产的当务之急。

重大危险源辨识和评价技术是预防重大事故发生的重要手段,也是重大危险源控制和管理的前提。

本文根据安全系统工程中事故树原理，利用事故树分析手段，对煤矿水灾事故资料进行了逻辑分析，从中找出煤矿水灾事故的最小削集、最小径集，并对其结构重要度进行了分析，以便掌握煤矿水灾事故的原因、规律，为防范煤矿水灾事故提供了科学依据，同时提出了有效的安全防范措施。

2.煤矿中的危险源

3.

在煤矿重大事故中，导致人员和财产重大损失的根源，既有井下采掘系统内危险物质与能量，例如：

瓦斯、自燃的煤、爆炸性的煤尘，也有采掘系统外的失控的能量和物质等，例如：

大面积冒顶事故中具有很大势能的岩石、透水事故中有很大压力的地下水或地表水、瓦斯突出事故中在地应力与瓦斯压力作用下突出的煤、瓦斯及岩石等。

从三类危险源的角度分析掘进工作面可能发生的事故，有顶板事故，瓦斯爆炸事故，煤与瓦斯突出，透水事故和职业病。

3.煤矿水害事故模型简介

依据事故致因理论，煤矿危险源可分为四类：

第一类是由于突水水源积聚引起的固有突水危险源；第二类是各类突水通道的形成；第三类是生产过程中技术、管理和操作漏洞、失误等“不安全行为”；第四类是人为危险因素，即应急措施的失误与不利。

前两类危险源构成矿井水能量意外释放的物质条件，使矿井处于“不安全状态”。

第三类危险源则是导致非正常涌水量增加的人为诱发因素，再加之第四类危险源，最终恶化成突水事故。

上述煤矿水害的发生过程可用煤矿突水事故概念模型来表示，如图1所示。

图1煤矿水事故概念模型

4.事故树分析概述

事故树分析（FaultTreeAnalysis,FTA）是以一种不希望发生的事件为最后状态（顶上事件），然后使用系统分析的方法寻找造成这一状态的一系列原因（基本事件），将这些原因由上至下依照逻辑关系绘制成树状图。

事故树可以对事故做定性分析也可以做定量分析。

定量分析必须知道基本事件的概率，但在实际中得到基本事件的概率非常困难，所以煤矿事故树分析以定性分析为主。

定性分析包括最小割集、最小径集、结构重要度3个方面。

针对煤矿水灾事故，冯治斌较早应用事故树分析矿井突水事故并通过查阅矿井水灾资料提出13个突水事故基本事件；陈文学等通过计算机编程，开发了事故树分析系统，对老空区积水透水事故进行事故树分析，并根据分析结果，提出了该类透水事故的预防方案；王长申等基于事故致因理论建立煤矿突水事故模型，并提出基于事故树方法的煤矿突水危险性专项评价方法。

诸多学者研究表明，事故树分析法可用于指导煤矿突水事故预防，但缺乏对煤矿防治水系统的专项安全评价研究。

5.用事故树法确定煤矿防治水评价指标体系和专项安全检查表

为克服传统安全检查表专家打分将不同事件同等对待的缺点，选用基本事件的结构重要度为基本数据，对每一评价指标体系内的基本事件的结构重要度加和，结果可以作为该安全评价指标的权重值。

依此构建含有权重值的专项安全检查表。

针对不同矿区实际情况构建不同的事故树，则权重计算结果与专项安全检查表内容也不同。

因此，该方法可对不同矿区不同水害类型的防治水系统做专项安全检查评价。

6.工程实例

6.1某煤矿六采区地质水文条件概述

某煤矿位于山东省济宁市辖区，六采区位于井田的西南部。

本区地层由老到新有：

奥陶系（O）、石炭系（C）、二叠系（P）、侏罗系（J）、第四系（Q）。

采区内地质构造以褶曲为主，断层较发育。

岩溶陷落柱

等不发育。

六采区开采对象为煤田浅部的二叠系山西组3煤，开采方法为综采，放顶煤时，煤层上覆含水层成为安全开采的主要威胁。

根据矿井勘查报告、矿井水文地质资料认为该采区开采3煤时，主要充水含水层为第四系下组砂层、侏罗系上统砂岩（以下简称红层）、煤顶板（部）砂岩。

其中第四系不整合于侏罗系上统和二叠系之上,厚度在110~227m，平均170m。

按岩性、颜色、含水性划分为上、中、下3组。

上、下组为含水层组，中组为隔水层组。

中组平均厚度为58.14m，区内普遍发育，隔水性能良好。

下组平均厚度52m，岩性主要为中砂、砂砾层，中间夹有薄层粘土层。

第四系下组又进一步分为上、下2段，下段简称为底含。

底含单位涌水量0.52~1.143L/（s.m），渗透系数3.89~7.10m/d，为孔隙承压水，富水性中等。

采区内3煤顶板至第四系底界距离80~171.19m，平均136.16m。

红层厚0~84.01m，平均厚51.68m。

单位涌水量为0.00193L/（s*m），渗透系数0.037m/d。

从抽水资料看，含水较弱，补排条件不良。

但采动作用下，易迅速产生竖向的采动裂隙，岩层的导水性明显增强，局部富水区往往造成回采工作面来水突然，水势猛、峰值大、危害严重的后果。

3煤顶板（部）砂岩厚度平均为12m，以中细砂岩为主，富水性中等，是3煤开采的直接充水含水层。

6.2六采区突水事故树分析

应用煤矿突水事故树基本模型，再综合该矿采矿、地质、水文等实际情况。

建立该矿六采区突水事故树，见图2。

在图2中，以该矿六采区突水为顶上事件（T）。

突水事故是由非正常涌水量（M1），超过排水能力（M2），预防及应急反应失效（M3）同时发生的结果，属于逻辑“与门”的关系，此作为事故树的第一层。

在第二层中，非正常涌水量（M1）是由松散层突水（M4）、红层突水（M5）、煤顶板砂岩突（M6）、老空水突水（M7）、地表水或洪水溃入（M8）引起的，为逻辑“或门”关系；超过排水能力（M2）是由于突水量同时超过该煤矿的设备排水能力（M9）与水仓能力（M10）的结果，为逻辑“与门”关系；预防与应急失效（M3）包括技术问题（M11）与管理不善（M12），为逻辑“或门”关系；在第三层，松散层富水（X1）和防水煤柱问题（M13）是引起松散层水突水的原因，为“与门”。

防水煤柱问题包括留设不合理（X2）和采动破坏（X3），两者是“或门”关系。

红层突水（M5）是红层富水（X4）与裂隙导水（M14）共同作用的结果，两者为“与门”关系。

裂隙导水（M14）包括采动破坏（X3）裂隙和断裂导水（X5），两者为“或门”关系。

煤顶底板砂岩含水层富水（X6）和裂隙导水（M15）是引起3煤顶板砂岩含水层突水的原因，为“与门”。

裂隙导水包括采动破坏（X3）裂隙和背斜向斜轴部裂隙富水导水（X7），两者是“或门”关系。

老空区富水（X8）和井巷打通水体（M16）是引起老空突水的原因，为“与门”。

井巷打通水体（M16）包括探放水失误（X9）和违章施工（X10），两者是“或门”关系。

事故树其余分析依此类推。

图2某煤矿六采区突水事故树

利用布尔代数的方法求解六采区突水事故树模型的最小割集，方程为：

T=M1M2M3=[M4+M5+M6+M7+M8][M9M10][M11+M12]

（1）

式中T，M分别为顶上事件和中间事件。

式

（1）经过化简计算得到结果如下：

{X5X16X21X4X17}；{X7X16X21X6X17}；{X10X16X21X8X17}…{X3X15X21X18}；{X3X16X21X18}；{X3X13X21X18}总共6个最小割集。

每个最小割集代表煤矿的一种突水模式或基本事件组合。

编程计算各基本事件的结构重要度如下：

I

（1）=0.0045；I

（2）=0.0136；I（3）=0.0875；

I（4）=0.0182；I（5）=0.0136；I（6）=0.0182；

I（7）=0.0136；I（8）=0.0591；I（9）=0.0591；

I（10）=0.0136；I（11）=0.0170；I（12）=0.0170；

I（13）=0.0795；I（14）=0.0205；I（15）=0.0205；

I（16）=0.1011；I（17）=0.0409；I（18）=0.1807；

I（19）=0.0102；I（20）=0.0182；I（21）=0.0966；

I（22）=0.0205；I（23）=0.0102；I（24）=0.0659。

基本事件的结构重要度大小顺序为：

I（18）>

I（16）>I（21）>I（3）>I（13）>I（24）>I（8）>I（9）>I（17）>I（22）=I（14）=I（15）>I（4）=I（6）=I（20）>I（11）=I（12）>I（7）=I（5）=I（10）=I

（2）>I（19）=I（23）>I（24）

（1）

由以上基本事件结构重要度可知：

在非正常涌水量（M1）中，事件松散层突水（M4）是六采区主要面临的问题。

防水煤柱的留设问题是主要的诱发因素。

在超过排水能力（M2）中，设备能力、水仓能力是主要问题。

预防和应急反应失效方面（M3）中，避灾路线设计缺陷（X21）、水文地质工作不合规程（X22）、工人缺乏防水意识（X24）结构重要度大。

7.预先危险分析法概述

预先危险分析（PreliminaryHazardAnalysis,缩写PHA）又称初步危险分析。

预先危险分析是系统设计期间危险分析的最初工作。

也可运用它作运行系统的最初安全状态检查,是系统进行的第一次危险分析。

通过这种分析找出系统中的主要危险,对这些危险要作估算，或许要求安全工程师控制它们,从而达到可接受的系统安全状态。

最初PHA的目的不是为了控制危险,而是为了认识与系统有关的所有状态。

PHA的另一用处是确定在系统安全分析的最后阶段采用怎样的故障树。

当开始进行安全评价时,为了便于应用商业贸易研究中的这种研究成果（在系统研制的初期或在运行系统情况中都非常重要）及安全状态的早期确定,在系统概念形成的初期,或在安全的运行系统情况下,就应当开始危险分析工作。

所得到的结果可用来建立系统安全要求,供编制性能和设计说明书等。

另外,预先危险分析还是建立其他危险分析的基础,是基本的危险分析。

英国ICI公司就是在工艺装置的概念设计阶段,或工厂选址阶段,或项目发展过程的初期,用这种方法来分析可能存在的危险性。

在PHA中,分析组应该考虑工艺特点,列出系统基本单元的可能性和危险状态。

这些是概念设计阶段所确定的,包括:

原料、中间物、催化剂、三废、最终产品的危险特性及其反应活性;装置设备;设备布置;操作环境;操作及其操作规程;各单元之间的联系;防火及安全设备。

当识别出所有的危险情况后,列出可能的原因、后果以及可能的改正或防范措施。

7.1预先危险分析法步骤

（1）通过经验判断、技术诊断或其他方法调查确定危险源（即危险因素存在于哪个子系统中）,对所需分析系统的生产目的、物料、装置及设备、工艺过程、操作条件以及周围环境等,进行充分详细的了解；

（2）根据过去的经验教训及同类行业生产中发生的事故或灾害情况,对系统的影响、损坏程度,类比判断所要分析的系统中可能出现的情况,查找能够造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险性,分析事故或灾害的可能类型；

（3）对确定的危险源分类,制成预先危险性分析表;

（4）转化条件,即研究危险因素转变为危险状态的触发条件和危险状态转变为事故（或灾害）的必要条件,并进一步寻求对策措施,检验对策措施的有效性；

（5）进行危险性分级,排列出重点和轻、重、缓、急次序,以便处理；

（6）制定事故或灾害的预防性对策措施。

7.2煤矿水灾预先危害分析

事故

事故原因

事故后果

建议的安全措施

煤矿水灾

井口灌入水

影响巷道通风，造成人员死亡

设计精确准确的巷道断面尺寸

煤仓浸煤水

直接造成经济损失

做好矿井水文地质工作

工作面突水

无工人法下进，影响施工进程

做好水文观测工作

8.煤矿水灾安全评价

煤矿水灾基本事件可以归纳为两个因素，即客观因素和人为因素。

要控制煤矿水灾事故的发生，就要控制基本事件的发生，即控制客观因素和人为因素。

控制客观因素来减少煤矿水灾事故的发生可以采取以下措施：

（1）做好水文观测工作

（2）

收集地面气象、降水量与河流水文资料；查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件；通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律。

分析水质等。

（2）做好矿井水文地质工作

掌握冲击层的厚度和组成。

各分层的透水、含水性；掌握断层和裂隙的位置，破碎带范围及其含水和导水性能；掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量、水压、渗透性等。

调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况。

（3）控制人为因素来减少煤矿水灾事故的发生可以采取以下措施：

设计方面合理，包括井口设计标高、地面防洪设施、各种防水

煤柱留设尺寸和设计依据、探放水钻孔设计、预计涌水量大小、水仓设计容积、水泵排水能力、井田边界；制定切实可行的安全措施；落实安全措施；选择合理的设备。

设施；

9.总结

10.

用煤矿水灾事故树分析可以将引起事故的各个基本事件清楚的分析出来，使安全工作能够更好的，有效的，有侧重性的进行。

通过事故树分析可以更加看出防水知识缺乏、违章指挥、违章作业、回采前未做探水工作、虽做探水工作但不准确、断层发育、裂隙发育、防水煤柱等对矿井水灾事故影响很大，应该给予极大的重视，继而采取有效的措施来控制煤矿水灾的发生。

参考文献

[1]李润求,施式亮,念其锋，罗文柯。

基于灰色系统理论的煤矿安全生产形势预测；

[2]高进东、吴宗之,王广亮.论我国重大危险源辨识标准,中国安全科学学报；

[3]张乃禄,刘灿.安全评价技术.西安电子科技大学；

[4]王金波,陈宝智等.系统安全工程.东北工业学院出版社；

[5]何学秋等.安全工程学.中国矿业大学出版社。