危险源辨识优秀课程设计含老师批注.doc

安徽建筑大学

《危险源辨识和评价》课程设计
~第2学期

课程名称： 危险源辨识和评价
题 目： 煤矿巷道和采掘面危险源辨识和评价依据做具体煤矿水灾方面分析，细化一下题目

专 业： 安全工程专业
班 级： 11安全(1)班
学 号： 1140121
姓 名： 李 静
设计时间： 6月18日~6月23日
指导老师： 许红利

土木工程学院安全工程系

目 录
1.摘要……………………………………………………3
2.煤矿中危险源………………………………………3
3.煤矿水害事故模型介绍………………………………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
参考文件

1.摘要
伴随中国煤矿企业向大型化和设备现代化飞速发展,从政府部门对煤矿企业灾难宏观控制和煤矿企业本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关键手段,也是重大危险源控制和管理前提。本文依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最小削集、最小径集，并对其结构关键度进行了分析，方便掌握煤矿水灾事故原因、规律，为防范煤矿水灾事故提供了科学依据，同时提出了有效安全防范方法。

2. 煤矿中危险源
在煤矿重大事故中，造成人员和财产重大损失根源，现有井下采掘系统内危险物质和能量，比如: ：瓦斯、自燃煤、爆炸性煤尘，也有采掘系统外失控能量和物质等，比如: ：大面积冒顶事故中含有很大势能岩石、透水事故中有很大压力地下水或地表水、瓦斯突出事故中在地应力和瓦斯压力作用下突出煤、瓦斯及岩石等。
从三类危险源角度分析掘进工作面可能发生事故，有顶板事故，瓦斯爆炸事故，煤和瓦斯突出，透水事故和职业病。
3.煤矿水害事故模型介绍
依据事故致因理论，煤矿危险源可分为四类：第一类是因为突水水源积聚引发固有突水危险源；第二类是各类突水通道形成；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"”；第四类是人为危险原因，即应急方法失误和不利。前两类危险源组成矿井水能量意外释放物质条件，使矿井处于“不安全状态’’”。第三类危险源则是造成非正常涌水量增加人为诱发原因，再加之第四类危险源，最终恶化成突水事故。上述煤矿水害发生过程可用煤矿突水事故概念模型来表示，图1所表示。

图1煤矿水事故概念模型

4.事故树分析概述
事故树分析(Fault Tree Analysis, FTA)是以一个不期望发生事件为最终状态(顶上事件)，然后使用系统分析方法寻求造成这一状态一系列原因(基础事件)，将这些原因由上至下依据逻辑关系绘制成树状图。事故树能够对事故做定性分析也能够做定量分析。定量分析必需知道基础事件概率，但在实际中得到基础事件概率很困难，所以煤矿事故树分析以定性分析为主。定性分析包含最小割集、最小径集、结构关键度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经过查阅矿井水灾资料提出13个突水事故基础事件；陈文学等经过计算机编程，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，并依据分析结果，提出了该类透水事故预防方案；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煤矿突水危险性专题评价方法。很多学者研究表明，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专题安全评价研究。
5.用事故树法确定煤矿防治水评价指标体系和专题安全检验表
为克服传统安全检验表教授打分将不一样事件相同对待缺点，选择基础事件结构关键度为基础数据，对每一评价指标体系内基础事件结构关键度加和，结果能够作为该安全评价指标权重值。依此构建含有权重值专题安全检验表。
针对不一样矿区实际情况构建不一样事故树，则权重计算结果和专题安全检验表内容也不一样。所以，该方法可对不一样矿区不一样水害类型防治水系统做专题安全检验评价。
6. 工程实例
6.1 某煤矿六采区地质水文条件概述
某煤矿在山东省济宁市辖区，六采区在井田西南部。本区地层由老练新有：奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)、侏罗系(J)、第四系(Q)。采区内地质结构以褶曲为主，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关键威胁。依据矿井勘查汇报、矿井水文地质资料认为该采区开采3煤时，关键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 110~227 m，平均 170 m。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58.14 m，区内普遍发育，隔水性能良好。下组平均厚度 52 m，岩性关键为中砂、砂砾层，中间夹有薄层粘土层。第四系下组又深入分为上、下2段，下段简称为底含。底含单位涌水量0.52~1.143 L/(s*.m)，渗透系数 3.89~7.10 m/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80~171.19 m，平均136.16 m。红层厚0~84.01 m，平均厚51.68 m。单位涌水量为0.001 93 L/(s*m)，渗透系数 0.037 m/d。从抽水资料看，含水较弱，补排条件不良。但采动作用下，易快速产生竖向采动裂隙，岩层导水性显著增强，局部富水区往往造成回采工作面来水忽然，水势猛、峰值大、危害严重后果。3煤顶板(部)砂岩厚度平均为12 m，以中细砂岩为主，富水性中等，是3 煤开采直接充水含水层。
6.2六采区突水事故树分析
应用煤矿突水事故树基础模型，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)，超出排水能力(M2)，预防及应急反应失效(M3)同时发生结果，属于逻辑“和门”关系，此作为事故树第一层。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)引发，为逻辑“或门”关系；超出排水能力(M2)是因为突水量同时超出该煤矿设备排水能力(M9)和水仓能力(M10)结果，为逻辑“和门”关系；预防和应急失效(M3)包含技术问题(M11)和管理不善(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)是引发松散层水突水原因，为“和门”。防水煤柱问题包含留设不合理(X2)和采动破坏(X3)，二者是“或门”关系。红层突水(M5)是红层富水(X4)和裂隙导水(M14)共同作用结果，二者为“和门”关系。裂隙导水(M14)包含采动破坏(X3)裂隙和断裂导水(X5)，二者为“或门”关系。煤顶底板砂岩含水层富水(X6)和裂隙导水(M15)是引发3煤顶板砂岩含水层突水原因，为“和门”。裂隙导水包含采动破坏(X3)裂隙和背斜向斜轴部裂隙富水导水(X7)，二者是“或门”关系。老空区富水(X8)和井巷打通水体(M16)是引发老空突水原因，为“和门”。井巷打通水体(M16)包含探放水失误(X9)和违章施工(X10)，二者是“或门”关系。事故树其它分析依这类推。

图2某煤矿六采区突水事故树
利用布尔代数方法求解六采区突水事故树模型最小割集，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以下：{X5 X16 X21X4 X17}；{X7 X16 X21 X6 X17}；{X10 X16 X21 X8X17}…{X3 X15 X21 X18}；{X3 X16 X21 X18}；{X3X13 X21 X18}总共 116 个最小割集。每个最小割集代表煤矿一个突水模式或基础事件组合。
编程计算各基础事件结构关键度以下：
I(1)=0.004 5； I(2)=0.013 6； I(3)=0.087 5；
I(4)=0.018 2； I(5)=0.013 6； I(6)=0.018 2；
I(7)=0.013 6； I(8)=0. 05 9 1； I(9)=0.059 1；
I(10)=0.013 6；I(11)=0.017 0； I(12)=0.0170；
I(13)=0.079 5；I(14)=0.020 5； I(15)=0.0205；
I(16)=0.101 1；I(17)=0.040 9； I(18)=0.1807；

I(19)=0.010 2；I(20)=0.018 2；I(21)=0.096 6；
I(22)=0.020 5；I(23)=0.010 2；I(24)=0.065 9。
基础事件结构关键度大小次序为：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)
由以上基础事件结构关键度可知：在非正常涌水量(M1)中，事件松散层突水(M4)是六采区关键面临问题。防水煤柱留设问题是关键诱发原因。
在超出排水能力(M2)中，设备能力、水仓能力是关键问题。预防和应急反应失效方面(M3)中，避灾路线设计缺点(X21)、水文地质工作不合规程(X22)、工人缺乏防水意识(X24)结构关键度大。
7.预先危险分析法概述
预先危险分析(Preliminary Hazard Analysis,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最初工作。也可利用它作运行系统最初安全状态检验,是系统进行第一次危险分析。经过这种分析找出系统中关键危险,对这些危险要作估算，或许要求安全工程师控制它们,从而达成可接收系统安全状态。最初 PHA 目标不是为了控制危险,而是为了认识和系统相关全部状态。PHA 另一用处是确定在系统安全分析最终阶段采取怎样故障树。当开始进行安全评价时,为了便于应用商业贸易研究中这种研究结果(在系统研制早期或在运行系统情况中全部很关键)及安全状态早期确定,在系统概念形成早期,或在安全运行系统情况下,就应该开始危险分析工作。所得到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它危险分析基础,是基础危险分析。英国 ICI 企业就是在工艺装置概念设计阶段,或工厂选址阶段,或项目发展过程早期,用这种方法来分析可能存在危险性。
在 PHA 中,分析组应该考虑工艺特点,列出系统基础单元可能性和危险状态。这些是概念设计阶段所确定,包含:原料、中间物、催化剂、三废、最终产品危险特征及其反应活性;装置设备;设备部署;操作环境;操作及其操作规程;各单元之间联络;防火及安全设备。当识别出全部危险情况后,列出可能原因、后果和可能更正或防范方法。
7.1预先危险分析法步骤
(1)经过经验判定、技术诊疗或其它方法调查确定危险源(即危险原因存在于哪个子系统中),对所需分析系统生产目标、物料、装置及设备、工艺过程、操作条件和周围环境等,进行充足具体了解；
(2) 依据过去经验教训及同类行业生产中发生事故或灾难情况,对系统影响、损坏程度,类比判定所要分析系统中可能出现情况,查找能够造成系统故障、物质损失和人员伤害危险性,分析事故或灾难可能类型；
(3) 对确定危险源分类,制成预先危险性分析表;
(4) 转化条件,即研究危险原因转变为危险状态触发条件和危险状态转变为事故(或灾难)必需条件,并深入寻求对策方法,检验对策方法有效性；
(5) 进行危险性分级,排列出关键和轻、重、缓、急次序,方便处理；
(6) 制订事故或灾难预防性对策方法。

7.2煤矿水灾预先危害分析
事故
事故原因
事故后果
提议安全方法
煤矿水灾
井口灌入水
影响巷道通风，造成人员死亡
设计正确正确巷道断面尺寸
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
做好水文观察工作

8.煤矿水灾安全评价
煤矿水灾基础事件能够归纳为两个原因，即客观原因和人为原因。要控制煤矿水灾事故发生，就要控制基础事件发生，即控制客观原因和人为原因。
控制客观原因来降低煤矿水灾事故发生能够采取以下方法：
(1) 做好水文观察工作
搜集地面气象、降水量和河流水文资料；查明地表水体分布、水量和补给、排泄条件；经过探水钻孔和水文地质观察孔、观察多种水源水压、水位和水量改变规律。分析水质等。
(2)做好矿井水文地质工作
掌握冲击层厚度和组成。各分层透水、含水性；掌握断层和裂隙位置，破碎带范围及其含水和导水性能；掌握含水层和隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层涌水量、水压、渗透性等。调查老窑和现采小窑开采范围、采空区积水及分布情况。
(3)控制人为原因来降低煤矿水灾事故发生能够采取以下方法：
设计方面合理，包含井口设计标高、地面防洪设施、多种防水
煤柱留设尺寸和设计依据、探放水钻孔设计、估计涌水量大小、水仓设计容积、水泵排水能力、井田边界；制订切实可行安全方法；落实安全方法；选择合理设备。设施；
9. 总结
用煤矿水灾事故树分析能够将引发事故各个基础事件清楚分析出来，使安全工作能够愈加好，有效，有侧重性进行。经过事故树分析能够愈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、虽做探水工作但不正确、断层发育、裂隙发育、防水煤柱等对矿井水灾事故影响很大，应该给极大重视，继而采取有效方法来控制煤矿水灾发生。

参考文件
[1] 李润求,施式亮,念其锋，罗文柯 。基于灰色系统理论煤矿安全 生产形势估计 ；
[2]高进东 、吴宗之 ,王广亮 .论中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。