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煤矿安全评价课程设计论文

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煤矿安全评价分析的研究和应用
孙盛东 山东济宁运河煤矿有限责任公司 摘要:通过对煤矿安全评价范例的认真研究,参照《煤矿安全 评价导则》 (2006)等法律法规,发现对煤矿安全评价中存在的问题 并提出改进意见。 然后运用事故树分析法和模糊综合评价法对煤矿进 行安全评价并得出相应的评价结论。

第一章

煤矿评价中存在的问题和改进意见

1.1 煤矿安全评价范例的主要内容 ①安全现状综合评价的对象及范围②安全现状综合评价的依据 ③煤矿概况④危险、 有害因素识别与分析⑤安全管理评价⑥生产系统 与辅助生产系统安全评价⑦矿山救护系统⑧煤矿事故统计分析⑨安 全措施与建议⑩安全评价结论 1.2 煤矿安全评价范例中存在的问题以及改进建议 ?格式和排版方面的问题 根据《煤矿安全评价导则》 (2006)安全评价报告格式一般包括: 封面;评价机构安全评价资格证书副本复印件;著录项;目录;编制 说明;前言;正文;附件;附录。 该安全评价范例只有前言和正文,封面;评价机构安全评价资格 证书副本复印件、编制说明目录、附件、附录都没有。 该评价报告排版混乱,章节顺序混乱,各个章节的标题的字体大 小不一致。 ?该评价报告没有写明做完成该安全评价的时间, 所引用的 《煤 矿安全评价导则》是 2006 版,而引用的《煤矿安全规程》是 2000 版 的。 ?该评价报告的名称应改为“ **煤矿矿井安全现状综合评价报 告” 煤矿安全评价可分为:煤矿建设项目安全预评价﹑煤矿建设项 目安全验收评价﹑煤矿安全现状综合评价。 对该评价报告范例的内容

进行分析可知该评价报告为煤矿安全现状综合评价。 ?缺少必要的图纸 应该附上反映矿井实际情况和不同时期开采情况的图纸如:矿 井地质和水文地质图;井上、下对照图;巷道布置图;采掘工程* 面图;通风系统图;井下运输系统图;安全监测装备布置图;排水、 防尘、防火注浆、压风、充填、抽放瓦斯等管路系统图;井下通信 系统图;井上、下配电系统图;井下电气设备布置图;井下避灾路 线图。 1.3 煤矿安全现状综合评价报告应该包括的的主要内容 H.1 概述 安全评价对象及范围; 安全评价依据; 煤矿概况; 煤矿生产概况。 H.2 危险、有害因素识别与分析 危险、有害因素识别的方法和过程;主要危险、有害因素的危险 性分析;主要危险、有害因素的存在场所;事故隐患及其存在场所。 H.3 安全管理评价 安全管理模式、制度的建立及其执行情况分析;安全管理体系适 应性评价方法和过程;安全管理体系适应性评价结果及分析。 H.4 生产系统与辅助系统评价

系统 A 安全评价方法、过程及结果;系统 B 安全评价方法、过程 及结果;系统 C 安全评价方法、过程及结果??;矿井(或采场) 综*踩兰鄯椒ā⒐碳敖峁 H.5 定性、定量评价 对重大危险、有害因素 A 的危险度评价;对重大危险、有害因素 B 的危险度评价;对重大危险、有害因素 C 的危险度评价?? H.6 煤矿事故统计分析 同类矿山生产事故统计分析;被评价煤矿生产事故统计分析;被 评价煤矿生产事故的致因因素、影响因素及其事故危险度评价。 H.7 安全措施及建议 针对事故整改措施的建议;安全管理措施及建议;安全技术措施 及建议。 H.8 安全评价结论

第二章 事故树分析法对煤矿煤与瓦斯突出的评价 2.1 事故树分析法 2.1.1 事故树分析法的基本原理 事故树分析方法是安全系统工程中进行系统安全分析的核心, 是安全 评价的基础,主要用于分析事故发生的原因和评价事故风险。它应用 数理逻辑方法,从一个可能的事故开始,一层一层逐步寻找引起事故 发生的触发事件、直接原因和间接原因,并分析种种事故原因之间的 相互逻辑关系,是一种演绎分析方法。 2.1.2 事故树分析程序 事故树分析法的一般流程见图 1。

图 1

事故树分析程序流程框图

2.1.3 事故树分析原理 事故树遵循逻辑分析原则,也就是从结果分析原因的原则。相关事件 (节点)之间用逻辑门连接,然后依据构造出的事故树图,列出布尔代

数表达式,求出最小割集、最小径集,确定出各基本事件的结构重要 度,并进行结果分析。 2.2 对范例煤矿煤与瓦斯突出的评价 2.2.1 事故树的绘制 通过查阅实例煤矿煤与瓦斯灾害的分析材料绘出煤与瓦斯突出事故 树分析图,见图 2。

图2

实例煤矿煤与瓦斯突出事故树分析图

2.2.2 求解矿井煤与瓦斯事故的可能途径 1)根据煤与瓦斯突出事故树分析图, 利用布尔代数法求解最小割 集:

图 2 中有 16 个基本事件,展开上式得事故树最小割集 144 组,数量 较多, 任何 1 组最小割集的基本事件同时发生, 顶上事件就必然发生, 表明矿井煤与瓦斯突出事故有 144 种可能途径, 充分说明该煤矿煤与 瓦斯突出事故的可能性与危险性都很大。 2)根据该煤矿煤与瓦斯突出的事故树导出的成功树,求解最小径集:

P4= { l0, ll}

Ps= { l2, l3} P6= { l4, I5, l6} 最小径集是使事故不发生的最低限度的基本事件的集合。 只要每个最 小径集的基本事件都不发生,就能控制事故不发生。根据最小径集求 得结果。可以拟订 6 种处理方案,这 6 种途径均使事故可能不发生。 从上面 6 个最小径集中可以看出, 事件最少的是 P。 , 其次是 P, , P , P, 。所以应视为控制煤与瓦斯突出事故的优先考虑途径。 3)根据最小割(径)集判断结构重要度的 3 条原 则 ,可求得该系统中各基本事件结构重要度顺序 依次为:

2.3 结果分析 6 组最小径集提供了防止煤与瓦斯突出的 6 种途径。从基本事件 结构重要度来看,外力诱导的结构重要度最大,但矿井要生产,该基 本事件不可能避免,只能降低外力的强度和采取避难措施;其次是地 质构造破坏、集中应力破坏、构造应力集中、煤柱集中应力、未采取 区域性预抽措施、布孔不均出现瓦斯包 ;再次是未采取局部防治措 施、局部防治措施力度不够、措施控制范围出错。其中,基本事件是 客观存在的,只能从合理采掘部署着手,采掘作业尽量避开构造带和 集中应力带,避免开采应力集中;尽量做到区域性预抽措施到位且布

孔均匀、预抽充分;针对重点危险区域要采取针对性的强化措施并保 证措施质量。最后是加强突出危险预测工作,抓好防突测试人员的培 训和防突仪器仪表的检修维护工作,保证测试指标的准确可靠;坚持 防突综合分析制度和技术资料的整理工作,不断完善防突指标体系。 2.4 对策措施 1)将合理采掘部署与“四位一体”的综合防治煤 与瓦斯突出措 施相结合,形成“五步配套”的综合防治措施。即在矿井采掘部署方 面实行“三区配套两超前”(即抽放区、准备区、回采区,开拓区超 前预抽区、预抽区超前首采突出层掘进区)。 2)实施以网格预抽为主,顺煤层、邻*层和采空区抽放为辅的大 面积综合瓦斯抽放。严格执行远距离放炮 、避难所、压风自救、保 证回风系统畅通等。 3)继续开展瓦斯地质工作,做好区域突出危险性预测。对于石门 揭煤、预抽瓦斯不充分的带或段、采掘工作面范围内划分的严重突出 带或段(可能就是地质构造复杂带), 针对性的采取水力措施或瓦斯排 放措施,以每循环的浅进度,来获得安全过煤门、安全过严重突出带 或段的快速掘进。 4)重点工作面,相关管理部门及施工现场负责人,应对安全防护 措施进行重点检查, 措施不到位的不允许生产。 以 “三区配套两超前” 确保抽放瓦斯等治灾的时问和空间,从而提高煤层瓦斯预抽率,降低 瓦斯压力和瓦斯含量,达到减小甚至防止煤与瓦斯突出事故的发生。 5)派人定期检查有煤与瓦斯突出危险的采掘工作面通风系统, 确

保通风系统合理,回风通道畅通,通风设施可靠。 6)加大科技投入,加强职工教育培训工作,提高职工素质,加强 安全设备管理等。

第三章

模糊综合评价法对该煤矿安全的评价

3.1 模糊综合评价法基本步骤 模糊综合评价法,是应用模糊关系合成的原理,从多个因素对被 评判事物隶属度等级状况进行综合评判的一种方法。模糊综合评价 法的基本步骤如下: (1)建立综合评价的因素集 因素集是以影响评价对象的各种因素为元素所组成的一个普通 集合,通常用 U 表示,即:U= (u1,u2, ? ,um),其中元素 ui(i=1,2, ?m)代表影响评价对象的第 i 个因素。这些因素,通常都 具有不同程度的模糊性。 (2)确定因素权向量 评价工作中,各因素的重要程度有所不同,为此,给各因素 ui(i=1,2, ?m)确定一个权重 ai(i=1,2, ?m),各因素的权重集合 的模糊集,用 A 表示:A= (a1,a2, ? ,am)。 (3)建立综合评价的评价集

评价集是评价者对评价对象可能做出的各种结果所组成的集合, 通常用 V 表示,即:V= (v1,2,? ,vn),其中元素 vj(j=1,2, ?n)代表 第 j 种评价结果,可以根据实际情况的需要,用不同的等级、评语或 数字来表示。 (4)进行单因素模糊评价,获得评价矩阵 若因素集 U 中第 i 个元素对评价集 V 中第1个元素的隶属度为 ri1, 则对第 i 个元素单因*兰鄣慕峁,用模糊集合表示为:Ri= (ri1,ri2,? ,rin)。以 m 个单因* R1,R2, ? ,Rm 为行组成矩阵 R,称为模糊综合评价矩阵。 (5)建立综合评价模型 确定 R、 A 之后,通过模糊变换将 U 上的模糊向量 A 变为 V 上的模 糊向量 B,即:B=A R= (b1,b2, ? ,bn)。其中, “ R”称为综合评价 合成算子,上式即为综合评价模型。 (6)确定系统总得分 综合评价模型确定以后,确定系统总得分,即 F=B×STT,其中 F 为 系统总得分;ST 为相应因素的级分。 (7)评价安全状况 根据系统总得分,对照安全等级表就可评价出安全状况。另外, 当评价对象复杂、考虑的因素很多时,按照因素的属性,将它们分为

若干层次,先进行低层次各因素的综合评价,其评价结果再进行高一 层次的综合评价,如此从低层向高层逐层进行,直到最终的一层。 3.2 煤矿安全评价中模糊综合评价法的应用 3.2.1 建立煤矿安全评价指标体系 根据煤矿安全所涉及的范围,可以从不同的角度提出煤矿安 全的指标,指标的选取对于评价结果的准确与否,起着十分重要的作 用。本文通过分析,运用系统工程的思想,从煤矿生产制度和安全教 育的角度,建立了包括安全措施、安全综合管理、安全技术三个因素 的评价指标体系,如图 1所示。

图 1 3.2.2

煤矿安全评价指标体系

确定各层因素的权重分配集

本文应用层次分析法确定各层因素的权重分配集。 层次分析法的 思想, 是对两指标之间的重要程度作比较判断, 采用 1 #9 标度法 得到判断矩阵,根据判断矩阵, 采用和法或几何方根法或其他方法

确定权重。 本文采用的是几何方根法确定权重。几何方根法是将判断矩阵的 元素按行相乘, 所得乘积分别开 n 次方得各方根向量, 其中 n 为 各判断矩阵的阶数, 最后将方根向量归一化得到权向量。 另外, 利用 层次分析法确定权重, 还需进行一致性检验, 先求出判断矩阵的最 大特 征值 max, 再求一致性指标 CI= ( max- n) / ( n- 1) , 确定 *均随机一致性指标 RI,然后计算一致性比例 CR= CI/ RI。若 CR < 01 时, 一般认为判断矩阵赋值合理。利用 MA T A L B 软件可以较为 容易的实现上述过程。建立权重分配集的过程如下: ( 1) 构造评价体系的三层递阶结构 根据煤矿安全状况所涉及的方面, 确定了煤矿安全状况评价的 三层因素: 目标层: U= ( 煤矿安全生产系统) ;因素层: ui = ( u1, u2, u3 ) = ( 安全措施、安全综合管理、安全技 术 ) ; 子因素层: uij=( u11, u12u31, u32, u33 , u34, u35) , uij 具体表示 如图 1 所示。 ( 2) 构造因素层相对于目标层的权重分配集利用 MA T A L B 软 件确定因素的权重, 并计算出判断矩阵的特征向量和特征值, 并对 判断矩阵进行一致性检验。结果如表 1 所示。

A = ( 0279、0 0719、06491) , 其 中 A 表示 u1、u2、u3三个 因素相对于目标层 U ( 煤矿安全生产系统) 的权重分配集。 ( 3) 构造子因素层相对于因素层的权重分配集由于各因素还受 子因素的影响,根据煤矿的实际状况, 确定各因素相应的子因素, 并用上述方法进行权重分配, 结果见表 2、3、4。

A 3 = ( 00349、 0 4834、 0 2675、00818、01324) , 其中 A3 表示 u3 (安全技术) 各子因素相对于 u3 的权重分配集。 3.2.3 建立评价矩阵

在对子因素进行评价的时候, 确定评语集 V= ( v1、v2、v3、 v4、v5) = ( 好、较好、中等、较差、差) , 利用专家调查法, 咨

询了 10 位从事煤矿安全研究工作的专家, 让专家对该子因素对安 全的保障程度进行综合估计。然后对这 10 位专家的子因*琅薪 果, 用概率和数学期望方法进行统计, 最终形成各子因素的评价矩 阵。 例如 10 位专家对表 2 中安全措施子因素 u11的投票结果是: 2 人认为中, 5 人认为较差, 3 人认为差, 无人认为好或者较好。则 u11的模糊评价向量为 ( 0 0、0 0、02、0 5、0 3)。因此, 安全措 施各子因素的评价矩阵 R1为:

安全综合管理管理各子因素的评价矩阵 R2为:

安全技术各子因素的评价矩阵 R3为:

建立煤矿安全生产系统评价矩阵 煤矿安全生产系统评价矩阵 C = A°B, 经过归一化处理后得:C = A°B = ( 00401、0 2260、0 2987、02612、0 1741)2 6 确定煤

矿安全生产系统总得分如对各等级都按百分制给分( 见表 5) , 可 求得煤矿安全生产系统的总得分。系统总得分计算如下: F = C×ST= 00401×95 + 02260×80 +02987×65+ 02612×45+ 01741×30= 58282 其中 ST 为相应因素级分。 3.2.4 确定该煤矿的安全等级 由系统总得分对照安全等级( 见表 6) , 可以看出, 该煤矿 的安全状况属中等。 3.2.5 评价结论 煤矿安全评价是对煤矿生产系统存在的因素进行辩识和分析, 判断煤矿生产过程中发生事故的可能性及其严重程度, 从而为制定 防范措施和管理决策提供科学依据。本文将模糊综合评价法应用于

煤矿安全评价中, 全面考虑影响煤矿生产系统安全的各种因素,建 立了煤矿安全评价指标体系, 运用层次分析法确定了评价指标体系 中各种因素的权重, 较好地保证了权系数的客观性和准确性, 使评 价结果更具科学性和准确性。 第四章 关于煤矿安全评价研究分析的总结 安全评价方法分为检查表法、专家评议法、预先危险分析法、故 障分析法、危险与研究、故障树分析法、事件树分析、安全评价法、 危险指数评价法、指标评价法。 4.1 安全检查表法编制步骤 (1)熟悉系统 包括系统的结构、功能、工艺流程、主要设备、操作条件、布置 和已有的安全消防设施。 (2)搜集资料 搜集有关的安全法规、标准、制度及本系统过去发生过事故的资 料,作为编制安全检查表的重要依据。 (3)划分单元 按功能或结构将系统划分成若干个子系统或单元,逐个分析潜在 的危险因素。

(4)编制检查表 针对危险因素,依据有关法规、标准规定,参考过去事故的教训 和本单位的经验确定安全检查表的检查要点、 内容和为达到安全指标 应在设计中采取的措施,然后按照一定的要求编制检查表。 ①按系统、单元的特点和预评价的要求,列出检查要点、检查项 目清单,以便全面查出存在的危险、有害因素; ②针对各检查项目、可能出现的危险、有害因素,依据有关标准、 法规列出安全指标的要求和应设计的对策措施; (5)编制复查表,其内容应包括危险、有害因素明细,是否落实 了相应设计的对策措施,能否达到预期的安全指标要求,遗留问题及 解决办法和复查人等。 4.2 预先危险分析步骤 (1)成立分析小组 根据研究对象,成立一个由多方面专家(包括操作、管理、技术、 设计和监察等各方面人员)组成的分析小组,一般为4~8人组成,并 指定负责人。 (2)收集资料 分析小组针对分析对象广泛地收集相关信息、资料,可包括产品

参数、工艺说明、环境因素、操作规范、管理制度等方面的资料。尤 其是带控制点的流程图。 (3)划分评价单元

为了明确系统中各子系统的功能,将研究对象划分成若干单元, 一般可按连续生产工艺过程中的单元以管道为主、 间歇生产工艺过程 中的单元以设备为主的原则进行单元划分。明确单元功能,并说明其 运行状态和过程。 (4)定义关键词 按照危险与可操作性研究中给出的关键词逐一分析各单元可能出 现的偏差。 (5)分析产生偏差的原因及其后果。 (6)制定相应的对策措施。 4.3 故障树分析步骤 (1)熟悉分析系统 首先要详细了解要分析的对象 ,包括工艺流 程、设备构造、操作条件、环境状况及控制系统和安全装置等.同时 还可以广泛收集同类系统发生的事故。 (2)确定分析对象系统和分析的对象事件(顶上事件) 通过实验

分析、事故分析以及故障类型和影响分析确定顶上事件;明确对象系 统的边界、分析深度、初始条件、前提条件和不考虑条件。 (3)确定分析边界 在分析之前要明确分析的范围和边界,系统 内包含哪些内容。特别是化工、石油化工生产过程都具有连续化、大 型化的特点,各工序、设备之间相互连接,如果不划定界限,得到的 事故树将会非常庞大,不利于研究。 (4)确定系统事故发生概率、事故损失的安全目标值。 (5)确定分析的深度 在分析原因事件时,要分析到哪一层为止, 需要事先确定。分析得太浅可能发生遗漏;分析得太深,则事故树会 过于庞大繁琐。 所以具体深度应视分析对象而定。 (6)编制事故树从顶事件起,一级一级往下找出所有原因事件直 到最基本的事件为止,按其逻辑关系画出事故树。每一个顶上事件对 应一株事故树。 (7)定量分析按事故结构进行简化,求出最小割集和最小径集, 求出概率重要度和临界重要度。 (8)结论 当事故发生概率超过预定目标值时,从最小割集着手 研究降低事故发生概率的所有可能方案, 利用最小径集找出消除事故 的最佳方案;通过重要度分析确定采取对策措施的重点和先后顺序,

从而得出分析、评价的结论。 4.4事件树分析步骤 (1)确定初始事件 初始事件一般指系统故障、设备失效、工艺异常、人的失误等, 它们都是由事先设想或估计的。 确定初始事件一般依靠分析人员的经 验和有关运行、故障、事故统计资料来确定;对于新开发系统或复杂 系统,往往先应用其他分析、评价方法从分析的因素中选定,再用事 件树分析方法做进一步的重点分析。 (2)判定安全功能 在所研究的系统中包含许多能消除、预防、减弱初始事件影响的 安全功能。常见的安全功能有自动控制装置、报警系统、安全装置、 屏蔽装置和操作人员采取措施等。 (3)发展事件树和简化事件树 从初始事件开始,自左向右发展事件树,首先把初始事件一旦发 生时起作用的安全功能状态画在上面的分支, 不能发挥安全功能的状 态画在下面的分支。然后依次考虑每种安全功能分支的两种状态,层 层分解直至系统发生事故或故障为止。 (4)分析事件树

①找出事故连锁和最小割集 事件树每个分支代表初始事件一旦 发生后其可能的发展途径,其中导致系统事故的途径即为事故连锁, 一般导致系统事故的途径有很多,即有很多事故连锁。 ②找出预防事故的途径 事件树中最终达到安全的途径指导人们 如何采取措施预防事故发生。在达到安全的途径中,安全功能发挥作 用的事件构成事件树的最小径集。一般事件树中包含多个最小径集, 即可以通过若干途径防止事故发生。

由于事件树表现了事件间的时间顺序,所以应尽可能的从最先发 挥作用的安全功能着手。 (5)事件树的定量分析 由各事件发生的概率计算系统事故或故障发生的概率。

参考文献

1 许福永, 等. 基于AH P 和ANN 网络安全综合评价方法研究[ J] . 计算机工程与应用, 2005, ( 1) . 2 王起全, 佟瑞鹏. 模糊综合评价方法在企业安全评价中的分析和 应用[ J] . 华北科技学院学报, 2006, 12 ( 2) . 3 刘亚静, 毛善军等. 基于层次分析法的煤矿安全综合评价 [ J] . 矿业研究与开发, 2007, 4 ( 3) 4 国 家 安全 生产监 督 管 理局 . 安 全评 价 [M]. 北 京 : 煤炭 工 业 出版 社,2005. 5 煤矿安全规程.2011.煤炭工业出版社,2011. 6 煤矿安全质量标准化重点难点解析.中国矿业大学出版社,2013



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