矿山供电系统安全评价.docx

1、矿山供电系统安全评价系统安全工程首先在美国空军内应用之后，又推广到美国陆军和海军。1969年美国国防部颁发系统安全大纲要求，即MIL-STD -882标准，详细规定了武器系统开发研究、生产制造和使用、维护的系统安全标准。1984年颁发了修订版MIL-STD-882B，1993年又颁布了新版本MIL-STD-882C。该标准对系统安全的实施和要求做了全面的规定，建立了系统安全的完整概念，给出了系统安全分析、设计、评价的基本原则、内容及要求，提出了定性的系统安全评价方法，是系统安全产生和发展的一个重要标志。在这一阶段，人们研究开发了许多以系统可靠性分析为基础的系统安全分析方法，可以定性或定量地预测

2、系统故障或事故。 此后，系统安全工程进入航天、航空及核工业等领域，系统安全评价与预测进入一个新的发展阶段。1.1.2 概率危险性评价 在核电站系统安全工程的研究和应用方面，美国麻省理工学院的拉氏姆逊（N.C. Rasmussen）教授从1972年起，由美国原子能委员会出资300万美元，花费50人年的工作量，完成了萨里（Sarrey）核电站和桃花谷（Peach bottom）核电站的概率危险性评价。在该研究中，在没有核电站事故先例的情况下预测了核电站事故，应用事件树分析和故障树分析等系统安全分析方法建立了核反应堆事故模型，并输入各种故障率数据进行了概率危险性评价。1975年美国原子能委员会发表了

3、题为美国商用核电站事故危险性评价的安全研究报告，WASH 1400（NUREG 701014）。 拉氏姆逊的研究报告曾在美国国内引起核电站支持者和反对者之间的激烈争论。但是，不久后发生的三哩岛核电站事故证明，该研究采用的系统安全分析方法和概率危险性评价方法是正确的。1980年美国原子能委员会发表核电站安全目标，1981年出版了概率危险性评价指南。之后，系统安全工程以及概率危险性评价受到世界各国的重视。 20世纪70年代以后，系统安全工程逐渐推广到航天、航空、石油、化工、矿山工业等领域。 继核工业领域应用之后，概率危险性评价被成功地应用于化学工业和石油化学工业领域。19761978年间，英国原子

4、能机构就坎维岛（Can Vey）化学和石油化学工业安全性问题进行了概率危险性评价。由于此次评价是概率危险性评价在非核领域的首次应用，引起了科技界人士的极大兴趣，也受到工业界一些人士的怀疑。1981年英国安全与健康委员会进行了复评，肯定了评价结果，认为概率危险性评价是一种有效的决策辅助工具。 目前，在海上石油平台的设计、建造、运行中也已经广泛地应用概率危险性评价。1.1.3 重大事故危险源控制 随着化学工业、石油化学工业的发展，大量易燃易爆、有毒有害的物质相继问世。它们作为工业生产的产品或原料在被生产、加工处理、储存运输过程中一旦发生事故，其后果非常严重。特别是20世纪70年代以后，世界范围内发

5、生了许多震惊世界的重大火灾、爆炸、有毒有害物质泄漏事故。这些事故的共同特点是，事故造成的人员伤亡、物质损失、环境污染非常严重，其影响范围往往超出工厂的围墙，威胁公众安全，甚至威胁邻国居民安全。因此，重大事故预防问题受到世界各国的广泛关注。 一些欧洲国家较早地提出了重大事故危险源控制的问题。 1988年国际劳工局（ILO）颁发了重大事故控制指南，指导各国的重大事故危险源控制工作。 到1991年，欧共体各加盟国都已经把塞韦索指令移植到国内法律中。例如，英国首先颁布了工业重大事故防止法，要求企业提出包括定量分析在内的内部报告和外部报告；意大利规定，如果安全报告有不实之处，企业负责人将被处以包括监禁在

6、内的重罚。 1993年国际劳工局通过了预防重大工业事故公约。该公约要求各成员国必须采取措施控制重大危险源。 在重大事故危险源控制实践中，系统安全评价与预测又有了许多新发展。例如，适用于化工生产那样工艺过程危险源辨识的危险性与可操作性研究，适用于重大危险源评价的火灾爆炸指数法、事故后果分析等。系统安全工程作为现代安全工程的标志，越来越广泛地应用于安全工程的各个领域，并在实践中不断发展、完善。1.1.4 中国的系统安全评价与预测 我国自20世纪70年代末、80年代初开始了系统安全评价与预测的研究和应用，并与工业安全的理论、方法紧密结合，使得原本为解决大规模复杂系统安全性问题的系统安全工程迅速在工业

7、安全领域推广和普及。 改革开放以来，国家十分重视企业安全工作，在贯彻“安全第一，预防为主”安全生产方针、加强安全管理的同时，注重采用先进安全科学技术，“安全是科学”逐渐深入人心。改革开放政策也为学习国外先进安全科学技术打开了方便之门，国内一些院校、研究所开始介绍、研究系统安全工程，并把系统安全工程用于一般工业安全领域。 最初的研究主要集中在作为危险源辨识方法的各种系统安全分析方法方面，预测可能发生的事故，应用故障树分析、事件树分析等方法分析事故发生原因，进行定性地安全评价，指导事故预防工作。一些行业、部门、地区有组织地推广，使得系统安全分析方法迅速普及。许多企业的安全专业人员都能应用故障树分析

8、等方法进行事故原因分析。一些企业，如鞍山钢铁公司等，结合中国企业安全工作的实际情况，开展了群众性的危险源辨识、评价和控制工作。20世纪80年代中期，一些行业，如机械、化工等行业，开展了群众性的安全评价工作，其中包含了系统安全性评价；一些化工、石化、医药企业应用火灾爆炸指数法进行了系统安全评价；核工业、海上石油等工业领域开展了概率危险性评价。 我国群众性的系统安全工程实践推动了系统安全工程研究的不断深入，在故障树分析与合成，危险源辨识、评价理论和方法等方面取得了很大进展。特别是，在国家“八五”计划期间，国内进行了题为“重大危险源宏观控制技术研究”的科技攻关，开始了重大事故后果分析以及针对重大危险

9、源的系统安全评价与预测，推动了我国的重大危险源辨识、评价和控制研究工作。在2002年颁布的中华人民共和国安全生产法，对控制重大危险源做了明确规定。目前，系统安全评价与预测在我国核工业、航空航天、海上石油、矿业、冶金、化工、机械、电力、建筑等各工业领域都得到了广泛应用。我国正在企业中推广建立职业健康管理体系工作，现代职业健康管理体系的核心就是危险源辨识、评价和控制。近年来，根据政府法令的要求，我国广泛开展了建设项目的劳动安全预评价、验收评价，以及各种专项安全评价，如危险化学品专项安全评价、矿山专项安全评价等，使系统安全评价走上了法制的轨道。1.2 系统安全与系统安全工程 1.2.1 系统的基本概

10、念 系统是由相互作用、相互依存的若干元素组成的、具有特定功能的有机整体。 一部机器是由若干零部件组成的可以实现一定生产目的的有机整体，可以被看作是一个系统。由机器、工具、材料和人员组成的生产作业单元可以被看作是一个系统。由若干生产作业单元组成的班组，由若干班组组成的车间，由若干车间组成的工厂也可以分别被看作系统。 系统的基本特征是具有整体性、层次性、目的性和适应性等。 1）整体性。系统是由若干不同元素组成的具有特定功能的有机整体。系统的功能不是各元素功能的简单叠加，而是由元素之间相互作用产生的一种新的整体功能。元素在系统中的作用是由系统整体规定的，为实现系统的整体功能服务的。元素一旦离开了系统

11、就失去了它在系统中的作用，也就不再是系统的元素了。 2）层次性。一个系统是一个有机的整体，具有一定的功能。一个系统可以分割成若干较小的部分，这些较小的部分也是一个有机的整体，具有一定的功能，也是一个系统，它是原系统的子系统。依次，子系统又可分割成更小的子系统，一直分割到元素为止。例如，工厂可以划分为车间，车间是工厂这个系统的子系统；车间可以划分为班组，班组是车间的子系统等。由于系统具有层次性，在进行系统安全分析时可以把系统分割为若干子系统再分析。 3）目的性。系统具有特定的功能和特定的目的，为了实现其特定的目的而把元素组织起来形成系统。 4）适应性。任何系统都存在于一定的环境之中，与环境间进行

12、能量、物质和信息的交换。系统的适应性是指系统通过自我调节适应环境变化的性质。 研究系统需要利用系统论方法。系统论方法的显著特征是强调整体性、综合性和最优化。 1）整体性。系统是具有特定功能的有机整体，系统的构成应该保证其整体功能的发挥，实现系统的整体目标，各个子系统、元素都应该为系统的整体目标服务，服从于整体目标。 2）综合性。从系统元素、系统构造、元素间联结方式等多方面讲行综合研究。 3）最优化。根据需要和可能，定量地确定系统性能的最优目标，然后动态地协调系统与子系统、元素间的关系，使子系统、元素的性能和目标服从系统的最优目标，实现系统的最优。1.2.2 系统安全的定义 系统安全是人们为解决

13、复杂系统的安全性问题而开发、研究出来的安全理论、原则、方法体系。所谓系统安全，是在系统寿命期间内应用系统安全工程和管理方法，辨识系统中的危险源，并采取控制措施使其危险性最小，从而使系统在规定的性能、时间和成本范围内达到最佳的安全程度。从安全科学理论的角度，系统安全包含如下许多创新的安全观念。 (1) 没有绝对安全 长时间以来，人们一直把安全和危险看作截然不同的、相互对立的事情，认为某一事物或者安全或者危险，没有中间状态。许多辞典里把安全一词解释为“没有危险的状态”；在日常安全工作中把安全理解为“不会发生事故，不会导致人员伤害或财物损失的状态”。系统安全与以往的安全观念不同，认为世界上没有绝对安

14、全的事物，任何事物中都包含有不安全的因素，具有一定的危险性，安全只是一个相对的概念。 一个工厂、一个生产过程在一段时间内可能没有发生事故，但是却不能保证永远不发生事故。事故是一种出乎人们意料之外的事件，其发生与否并不取决于人的主观愿望。“事故为零”只能是安全工作的奋斗目标，通过安全工作的艰苦努力使事故发生间隔时间尽可能延长，使事故发生率逐渐减少而趋近于零，却永远不能真正达到事故为零。平时人们说某工厂、某生产过程安全时，是把它与本厂某阶段或其它不安全的工厂、生产过程相比较而言。“安全的”工厂、生产过程并不意味着已经杜绝了事故和事故损失，只不过相对地事故发生率较低，事故损失较少并在允许限度内而已。

15、 既然没有绝对的安全，系统安全所追求的目标也就不是“事故为零”那样的极端理想的情况，而是达到“最佳的安全程度”，一种实际可能的、相对的安全目标。 安全是相对的，危险是绝对的。所谓安全，就是没有超过允许限度的危险，也就是发生事故、造成人员伤亡或财物损失的危险没有超过允许的限度。这里的“允许的限度”是人们用来判别安全与危险的基准。 (2) 安全工作贯穿于系统的整个寿命期间 这是系统安全的一个基本原则，即早在一个新系统的构思阶段就必须考虑其安全性问题，制定并开始执行安全工作规划，进行系统安全工作，并把系统安全工作贯穿于整个系统寿命期间，直到系统报废为止。 该项原则充分体现了系统安全的重要特征：安全工

16、作不仅仅是在系统运行阶段进行，而是贯穿于整个系统寿命期间。即，在新系统的构思、可行性论证、设计、建造、试运转、运转、维修直到废弃的各个阶段都要辩识、评价、控制系统中的危险源。特别是在新系统的构思、可行性论证和设计阶段进行的系统安全工作，包括预测新系统中可能出现的危险源及其危害，通过良好的工程设计消除或控制它们，更能体现预防为主的安全工作方针。 (3) 危险源是事故发生原因 系统安全认为，系统中存在的危险源（Hazard）是事故发生的根本原因。按定义，危险源是可能导致事故的潜在的不安全因素。系统中不可避免地会存在着某些种类的危险源。系统安全的基本内容就是辨识系统中的危险源，采取措施消除和控制系统

17、中的危险源，使系统安全。 危险性（Risk）是指某种危险源导致事故、造成人员伤亡或财物损失的可能性。一般地，危险性包括危险源导致事故的可能性和一旦发生事故造成人员伤亡或财物损失的后果严重程度两个方面的问题。在定量地描述危险源的危险性时，采用危险度作为指标；在概率地评价危险源的危险性时，一般认为危险度等于危险源导致事故的概率和事故后果严重度的乘积。 在控制系统中的危险源方面，道格拉斯曾经提出了有名的系统安全三命题： 1）不可能彻底消除一切危险源和危险性； 2）可以采取措施控制危险源，减少现有危险源的危险性； 3）宁可降低系统整体的危险性，而不是只彻底地消除几种选定的危险源及其危险性。 由于人的认

18、识能力有限，有时不能完全认识系统中的危险源及其危险性；即使认识了现有的危险源，随着科学技术的发展，新技术、新工艺、新能源、新材料和新产品的出现，又会产生新的危险源。对于已经认识了的危险源，受技术、资金、劳动力等诸多因素的限制，完全根除也是办不到的。因此，系统安全的目标是努力控制危险源，把后果严重的事故的发生可能性降到最低，或者万一发生事故时，造成的人员伤亡和财产损失最少。 (4) 不可靠是不安全的原因 可靠性（Reliability）是判断、评价系统性能的一个重要指标，表明系统在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的性能。系统由于性能低下而不能完成规定的功能的现象称作故障（Failure）

19、或失效。系统的可靠性越高，发生故障的可能性越小，完成规定功能的可能性越大。当系统很容易发生故障时，则系统很不可靠。 安全性（Safety）也是判断、评价系统性能的一个重要指标，它表明系统在规定的条件下，在规定的时间内不发生事故、不造成人员伤害或财物损失的情况下，完成规定功能的性能。 许多情况下，系统不可靠会导致系统不安全。当系统发生故障时，不仅影响系统功能的实现，而且有时会导致事故，造成人员伤亡或财物损失。例如，飞机的发动机发生故障时，不仅影响飞机正常飞行，而且可能使飞机失去动力而坠落，造成机毁人亡的后果。提高系统安全性的一个重要方面，应该从提高系统可靠性入手。 可靠性着眼于维持系统功能的发挥

20、，实现系统目标；安全性着眼于防止事故发生，避免人员伤亡和财物损失。两者的着眼点不同。可靠性研究故障发生以前直到故障发生为止的系统状态；安全性则侧重于故障发生后故障对系统的影响，故障是可靠性和安全性的连接点。在防止故障发生这一点上，可靠性和安全性是一致的。许多情况下，采取提高系统可靠性的措施，既可以保证实现系统的功能，又可以提高系统的安全性。 由于系统可靠性与系统安全性之间有着密切的关联，两者的研究方法有许多相似之处，所以在系统安全研究中广泛利用、借鉴了可靠研究中的一些理论和方法。例如，系统可靠性分析已经成为系统安全分析的基础，系统安全分析中常用的故障类型和影响分析、事件树分析、故障树分析等方法

21、，本来就都是系统可靠性分析的方法。1.2.3系统安全工程 系统安全工程（System safety engineering）运用科学和工程技术手段辨识、消除或控制系统中的危险源，实现系统安全。系统安全工程包括系统危险源辨识、危险性评价、危险源控制等基本内容。(1) 危险源辨识 危险源辨识（Hazard identification）是发现、识别系统中危险源的工作。这是一件非常重要的工作，它是危险源控制的基础，只有辨识了危险源之后才能有的放矢地考虑如何采取措施控制危险源。 以前，人们主要根据以往的事故经验进行危险源辨识工作。例如，美国的海因里希（W .H .Heinrich ）建议通过与操作者交

22、谈或到现场检查，查阅以往的事故记录等方式发现危险源。由于危险源是“潜在的”不安全因素，比较隐蔽，所以危险源辨识是件非常困难的工作。在系统比较复杂的场合，危险源辨识工作更加困难，需要利用专门的方法，还需要许多知识和经验。进行危险源辨识所必须的知识和经验主要有： 1）关于对象系统的详细知识，诸如系统的构造、系统的性能、系统的运行条件、系统中能量、物质和信息的流动情况等； 2）与系统设计、运行、维护等有关的知识、经验和各种标准、规范、规程等； 3）关于对象系统中的危险源及其危害方面的知识。 危险源辨识方法可以粗略地分为两大类： 1）对照法。与有关的标准、规范、规程或经验相对照来辨识危险源。有关的标准

23、、规范、规程，以及常用的安全检查表，都是在大量实践经验的基础上编制而成的。因此，对照法是一种基于经验的方法，适用于有以往经验可供借鉴的情况。 20世纪60年代以后，国外开始根据标准、规范、规程和安全检查表辨识危险源。例如，美国职业安全卫生局（OSHA）等安全机构制订、发行了各种安全检查表，用于危险源辨识。安全检查表是集合以往事故经验形成的，其优点是简单易行，其缺点是重点不突出，难免挂一漏万。对照法的最大缺点是，在没有可供参考的先例的新开发系统的场合没法应用。 对照法很少单独使用。 2）系统安全分析。系统安全分析是从安全角度进行的系统分析，通过揭示系统中可能导致系统故障或事故的各种因素及其相互关

24、联来辨识系统中的危险源。系统安全分析方法经常被用来辨识可能带来严重事故后果的危险源，也可用于辨识没有事故经验的系统的危险源。例如，拉氏姆逊教授在没有核电站事故先例的情况下预测了核电站事故，辨识了危险源，并被以后发生的核电站事故所证实。系统越复杂，越需要利用系统安全分析方法来辨识危险源。(2) 危险源控制 危险源控制（Hazard control）是利用工程技术和管理手段消除、控制危险源，防止危险源导致事故、造成人员伤害和财物损失的工作。 危险源控制的基本理论依据是能量意外释放论。 控制危险源主要通过技术手段来实现。危险源控制技术包括防止事故发生的安全技术和减少或避免事故损失的安全技术。前者在于

25、约束、限制系统中的能量，防止发生意外的能量释放；后者在于避免或减轻意外释放的能量对人或物的作用。显然，在采取危险源控制措施时。我们应该着眼于前者，做到防患于未然。另一方面也应做好充分准备，一旦发生事故时防止事故扩大或引起其它事故（二次事故），把事故造成的损失限制在尽可能小的范围内。 管理也是危险源控制的重要手段。管理的基本功能是计划、组织、指挥、协调、控制。通过一系列有计划、有组织的系统安全管理活动，控制系统中人的因素、物的因素和环境因素，以有效地控制危险源。(3) 危险性评价 系统危险性评价（System risk assessment）是对系统中危险源危险性的综合评价。危险源的危险性评价包

26、括对危险源自身危险性的评价和对危险源控制措施效果的评价两方面的问题。 系统中危险源的存在是绝对的，任何工业生产系统中都存在着若干危险源。受实际的人力、物力等方面因素的限制，不可能完全消除或控制所有的危险源，只能集中有限的人力、物力资源消除、控制危险性较大的危险源。在危险性评价的基础上，按其危险性的大小把危险源分类排队，可以为确定采取控制措施的优先次序提供依据。 采取了危险源控制措施后进行的危险性评价，可以表明危险源控制措施的效果是否达到了预定的要求。如果采取控制措施后危险性仍然很高，则需要进一步研究对策，采取更有效的措施使危险性降低到预定的标准。当危险源的危险性很小时可以被忽略，则不必采取控制

27、措施。按一般意义上的理解，应该在危险源辨识的基础上进行危险源评价，根据危险源危险性评价的结果采取危险源控制措施。实际工作中，这三项工作并非严格地按这样的程序分阶段独立进行，而是相互交叉、相互重叠进行的（见图1.l）。 危险源 辨识 危险源 危险源 控制 评价 图1.1 危险源辨识、控制和评价 如前所述，系统中存在着大量的不安全因素，按定义都可被看作是危险源。实际上受人力、物力等因素的制约，只能把其中一部分危险性达到一定程度的不安全因素当作危险源来处理，忽略危险性较小的不安全因素。因此，在辨识危险源的过程中也需要进行危险性评价，以判别被考察的对象是否是危险源（不可忽略的、必须控制的）。 在选择控

28、制措施控制危险源时，需要对控制措施的控制效果进行评价，通过评价选择最有效的控制措施。这种评价通常是通过对比控制前和控制后危险源的危险性进行的。在采取危险源控制措施时虽然可以控制原有的危险源，危险源控制措施本身却又可能带来新的危险源和危险性。因此，在进行危险源控制时，仍然需要进行危险源辨识和评价工作。1.3 能量意外释放论与两类危险源1.3.1 能量意外释放论 1961年吉布森（Gibson）、1966年哈登（Haddon）等人提出了解释事故发生物理本质的能量意外释放论。他们认为，事故是一种不正常的或不希望的能量释放。1.3.1.1 能量在事故致因中的地位 能量在人类的生产、生活中是不可缺少的，

29、人类利用各种形式的能量做功以实现预定的目的。人类在利用能量的时候必须采取措施控制能量，使能量按照人们的意图产生、转换和做功。从能量在系统中流动的角度，应该控制能量按照人们规定的能量流通渠道流动。如果由于某种原因失去了对能量的控制，就会发生能量违背人的意愿的意外释放或逸出，使进行中的活动中止而发生事故。如果事故时意外释放的能量作用于人体，并且能量的作用超过人体的承受能力，则将造成人员伤害；如果意外释放的能量作用于设备、建筑物、物体等，并且能量的作用超过它们的抵抗能力，则将造成设备、建筑物、物体的损坏。 生产、生活活动中经常遇到各种形式的能量，如机械能、热能、电能、化学能、电离及非电离辐射、声能、

30、生物能等，它们的意外释放都可能造成伤害或损坏。 1）机械能。意外释放的机械能是导致事故时人员伤害或财物损坏的主要类型的能量。 机械能包括势能和动能。位于高处的人体、物体、岩体或结构的一部分相对于低处的基准面有较高的势能。当人体具有的势能意外释放时，发生坠落或跌落事故；物体具有的势能意外释放时，物体自高处落下可能发生物体打击事故；岩体或结构的一部分具有的势能意外释放时，发生冒顶、片帮、坍塌等事故。运动着的物体都具有动能，它们具有的动能意外释放并作用于人体，则可能发生车辆伤害、机械伤害、物体打击等事故。 2）电能。意外释放的电能会造成各种电气事故。意外释放的电能可能使电气设备的金属外壳等导体带电而

31、发生所谓的“漏电”现象。当人体与带电体接触时会遭受电击；电火花会引燃易燃易爆物质而发生火灾、爆炸事故；强烈的电弧可能灼伤人体等。 3）热能。现今的生产、生活中到处利用热能，人类利用热能的历史可以追溯到远古时代。失去控制的热能可能灼烫人体、损坏财物、引起火灾。火灾是热能意外释放造成的最典型的事故。应该注意，在利用机械能、电能、化学能等其他形式的能量时也可能产生热能。 4）化学能。有毒有害的化学物质使人员中毒，是化学能引起的典型伤害事故。在众多的化学物质中，相当多的物质具有的化学能会导致人员急性、慢性中毒，致病、致畸、致癌。火灾中化学能转变为热能，爆炸中化学能转变为机械能和热能。 5）电离及非电离

32、辐射。电离辐射主要指射线、射线和中子射线等，它们会造成人体急性、慢性损伤。非电离辐射主要为X射线、射线、紫外线、红外线和宇宙射线等射线辐射。工业生产中常见的电焊、熔炉等高温热源放出的紫外线、红外线等有害辐射会伤害人的视觉器官。 麦克法兰特（McFarland）在解释事故造成的人身伤害或财物损坏的机理时说：“所有的伤害事故（或损坏事故）都是因为1）接触了超过机体组织（或结构）抵抗力的某种形式的过量的能量；2）有机体与周围环境的正常能量交换受到了干扰（如窒息、淹溺等）。因而，各种形式的能量构成伤害的直接原因。 人体自身也是个能量系统。人的新陈代谢过程是个吸收、转换、消耗能量，与外界进行能量交换的过程。当人体与外界的能量交换受到干扰时，即人体不能进行正常的新陈代谢时，人员将受到伤害，甚至死亡。 表1.1为人体受到超过其承受能力的各种形式能量作用时受伤害的情况；表1.2为人体与外界的能量交换受到干扰而发生伤害的情况。 表1.1 能量类型与伤害 能量类型 产生的伤害