基于产煤量危险值的煤矿动态安全评价

　　摘要：通过对煤炭行业安全生产现状和煤矿安全评价方法归纳分析，提出了基于产煤量危险值的煤矿动态安全评价方法，指出了其所需的支持数据库系统，并对其在煤矿安全生产中的应用的可行性进行了分析，该方法解决了煤矿静态安全评价方法与动态生产过程的矛盾，具有系统全面、动态和定量的特点，推动了煤矿安全评价往定量化和动态化发展的趋势。

　　关键词：产煤量；危险值；动态安全评价；数据库

　　随着国际能源的紧缺，国内煤炭价格上涨，产煤量成为保证企业效益支柱。因此部分煤矿近年开始超产和过度开采，据调查分析，某产煤市在核定的矿井中，超能力生产的矿井达到60％，乡镇和个体煤矿尤为明显，而事故统计表明，超产开采导致安全生产条件恶化，安全度下降，最终引发矿难事故增加。超产和过度开采。既是在现有的生产能力上加大开采力度，增加出煤量，随之产生了安全条件与超产生产的矛盾，事故增多和安全水平下降开始捆饶着企业，如何解决这个问题，关键要找到煤矿产煤量与矿井安全度之间的关系。实践也证明产煤量与安全度存在一定动态非线形关系，显然没有一定的规模产量，就没有好的经济效益，则制约企业发展，也会影响煤矿的安全投入，煤矿的安全保障难以实现；但若过度增大产煤量，进行大规模的超产开采，目前的生产和安全条件在短时间内均达不到要求，生产与安全的矛盾会导致矿井安全保障条件恶化，开采作业安全度下降，由此可见，矿井的产煤量与安全水平存在灰色互动关系，两者的矛盾是辨证的，在一定范围是可以协调的。因此，为了真实的反应煤矿产煤量与煤矿安全度的关系，找到煤矿产煤量与安全度之间的最佳平衡点，在保证安全生产的前提下尽可能增加煤矿产煤量。给企业创造最佳经济和安全效益。

　　1 煤矿安全评价方法对比分析

　　对煤矿进行安全评价的目的是查找、分析和预测矿井生产中存在的危险、有害因素及危险、危害程度，提出合理可行的安全对策措施，指导井下作业危险源监控和事故预防，以达到最低事故效率、最少损失和最优的安全投资效益。目前应用于煤矿安全评价的方法主要有安全检查表法、事故树分析法、模糊事故树分析法，事件树分析法，层次分析法，AHP-FEC法等，但是在实际应用均存在着一些局限性和不足。于是一些专家提出了改进的方法，如程卫民提出了基于经典统计和模糊统计之上的集值统计来确定评价指标的安全度值的方法等，这些方法为合理、准确的评价长时间内煤矿安全生产状况提供了理论依据。但是以上方法均为静态评价方法，对煤矿在长时间内的安全水平的评价是比较合理的，能够较客观地反应煤矿安全生产现状，为煤矿安企业的安全管理和政府的监督管理提供了依据。但对煤矿企业内部及时查找事故隐患、调整安全生产方案，制定安全措施等活动，仅进行静态安全评价是不够的。静态安全评价存在的问题，其实质是静态观点与动态过程的矛盾，涉及的动态因素越复杂，静态安全评价存在的问题就越突出。煤矿的生产活动具有很强的动态性和不确定性，随着开采时间发展和空间的延深，生产环境、灾害情况和安全条件等都是时间和空间序列上的变量，虽然煤矿主要的危险因素为地压、瓦斯、煤尘、水、电、机械运输等，但危险因素的组合仍是时间和空间序列上变量，况且影响煤矿生产的安全因素很多，除了以上所述自然和生产固有的(自然因素和作业因素)因素外，还有更为不确定人为和管理的等因素。因此，对煤矿生产这种受自然条件、技术经济条件、生产组织条件影响很大、危险因素及其组合作用复杂的动态性很强的生产过程，静态安全评价很难客观及时的分析不同的生产条件对安全状况的影响，也就很难客观评价安全工作的效果，于是探讨安全评价的动态性、合理性，提高安全评价的科学性，是我们进行煤矿安全管理要研究的重要课题，而基于煤矿产煤量的动态安全评价的思想和原理，能较好的解决煤矿安全评价中的动态和及时性问题。

　　2 基于产煤量的煤矿动态安全评价

　　2.1 基本思路

　　基于产煤量的煤矿动态安全评价是以矿井在各生产时间序列上产煤量为基础，分析开采过程中的危险因素及其组合的变化，通过计算煤矿危险因素动态组合危险值、产煤量危险值和动态事故损失率，得到煤矿的煤矿动态安全指数，合理的分析煤矿生产在不同时间序列上的动态危险性，确定煤矿生产的安全程度的安全评价的方法。煤矿生产中，不管是作为标志生产能力大小的产煤量，还是影响安全生产的各因素(矿井地质条件、环境因素、人的因素、矿井机械化程度、安全设施等)，都是随时间和开采进度而变化的量，而在不同的时间段内，随着开采进度和产煤量的变化，对应的开采作业任务、地质条件也是变化的，因而根据不同时间段内的产煤量可以推测矿井的危险因素及其组合危险值的变化，确定矿井相应的安全程度。而且在评价过程中，根据各危险值能得到各时间段的安全指数，以连续时间间隔的安全指数就可以绘制类似劳力或资金投入的动态曲线图，甚至可以依据安全指数曲线图拟合安全生产趋势图，预测事故的发生及严重度，使得评价结果更直观、客观和合理，同时各采煤工作面的安全生产状况也能清楚得到表述，能指导煤矿采取有效和及时的安全措施，调整安全生产方案，达到预防和减少事故的目的。

　　2.2 评价步骤

　　2.2.1 煤矿生产危险源分析

　　(1)地质条件与开采灾害。“水、火、瓦斯、粉尘、顶板”五大灾害严重威胁到煤矿安全生产，而当矿井呈现瓦斯突出、煤尘有强爆炸性、煤层易自燃、煤层顶底板难以控制以及煤层水文特别复杂等灾害特征时，矿井安全系数就会急剧降低；同时，矿井的生产现场的布局、环境也对生产安全有一定的影响。

　　(2)技术经济条件。影响煤矿安全生产的技术经济条件主要有：采掘设备自动化程度、可靠性，开采技术和方法的先进性，安全设备的配备及其可靠性，安全投入水平等。

　　(3)开采难度。煤矿开采的难度越大，其开采的风险就越大，而煤矿的开采难度受到包括开采机械化水平、开拓方式、开采断面情况、煤层地埋深度、水害情况以及地质地压的变化等因素影响。

　　(4)人的因素。包括矿工的教育水平、身体状况，操作技能、心理和行为，煤矿技术人员的技能水平、受教育和培训情况，煤矿管理人员的管理水平、煤矿的安全管理制度以及煤矿矿长安全生产态度等。

　　(5)生产阶段性特征。一般可分为试采阶段、生产任务期和加班加点赶生产任务期等。

　　另外还有一些临时性变化因素对安全生产的影响也比较大，比如说煤层厚度发生较大变化，遇断层、褶曲及各种构造、采面遇瓦斯、水文，工作面新开工、收尾或综采搬迁，旁边小煤窑的影响(一般影响：边界清楚，煤柱足够等；严重影响：边界清楚，煤柱不够等；特别严重影响：边界犬牙交错，顶火、顶水开采贯通等)，在进行评价的同时应该综合考虑以上因素的影响，并且对不易出现的情况根据专家打分法赋以不同的权值。

　　2.2.2 煤矿安全评价项目(危险单元)的划分

　　动态安全评价项目划分的目的，是为了评价过程的系统性和可操作性。其划分的原则，是要从安全评价的角度区分生产的作业特征和危险性质。遵循客观性、相对独立性和完整性的原则将煤矿生产系统划分为若干个生产项目，记为P*，比如我们根据作业特征将煤炭安全评价项目划分为采面作业、掘进作业、运输作业、支护作业、通风作业、机电作业等项目，若以危险源可划分瓦斯、顶板、水害、煤尘等评价项目，但一般来说P*的划分不宜太细。

　　2.2.3 评价危险因素的危险值(评价标准)

　　根据各危险因素的严重性和对安全生产的影响来评定其危险值。当某一危险因素呈现通常状况，即大多数同类项目生产所处的状况，对安全生产无特殊影响，可取其危险值为1。严重性和影响程度有明显增减的，需根据有关标准来划分等级取值。

　　2.2.4 计算煤矿动态组合危险值和产煤量危险值

　　(1)组合危险值Xi的确定。

　　ψ(j，k)(1≤j，k≤n，j≠k)为描述相关危险因素对安全生产的特殊组合效应的组合因子，一般情况下为1，只有出现特殊组合的突出效应，ψ(j，k)取值大于1。由于危险因素及其组合是动态的，往往呈现时段性的变化，ψ(j，k)也可能有时段性的变化。于是置呈现变时段序列上的量变，也是动态的。于是有：

 

　　其中

　　Xi——P*的组合危险值；

　　ψ(j，k)——描述相关危险因素对生产安全的特殊组合效应的组合因子；

　　xi,j——项目

 

　　所处的第j种危险因素的危险值。

　　(2)产煤量危险值Ai的确定。

　　如果Xi呈现r个不同量，即在时段tp，上，Xi；Xip，p=1，2，…，r。相应置变化的每一个时段上都有其完成的产煤量。记tp时段上在Xip危险程度下完成

 

　　的产煤量为Qip(完成

 

　　的总产煤量为

 

　　)，于是有：

 

　　2.2.5 计算煤矿动态事故损失率

 

　　其中，C_i为完成产煤量

 

　　发生的事故伤亡和财产损失的综合经济计量。

　　2.2.6 计算煤矿动态安全指数

 

　　其中，B_i为

 

　　的安全标准。

　　如果评价对象的生产内容涉及m个安全评价项目

 

　　，即i=1，2，…，m，则评价对象的动态安全指数D为：

 

　　其中，a_i为安全评价项目

 

　　的权重，可以按其煤炭生产产值的比例计算。

　　2.3 基于产煤量的煤矿动态安全评价拟需的数据库

　　进行基于产煤量的煤矿动态安全评价，需要些基本的数据和资料，以达到全方位全过程的对煤矿进行动态安全评价的目的。一般需要建立的相应的基础数据库，如矿井基本情况数据库、煤矿生产数据库、煤矿危险源数据库、安全设备设施数据库和伤亡事故数据库，各数据库基本内容如下：

　　2.3.1 矿井基本情况数据库

　　其内容有地质因素：煤层倾角、厚度、水文、顶底板情况；安全因素：瓦斯等级、突出危险性、煤尘爆炸性、煤层自燃发火性等；

　　2.3.2 煤矿生产数据库

　　生产因素：机械化程度、开采方式、开采进度、作业条件、作业面情况等；人员因素：文化程度、安全教育培训、从业人员类别和工程技术人员比例等；工程质量：采面、掘进、通风、机电、运输工程质量考评等。

　　2.3.3 煤矿危险源数据库

　　其内容主要包括危险源的构成、危险源种类、危险源位置、危险源量、危害途径、危害后果、危险源登记和危险源状态等，主要包括总需要风量、工作面配风量、瓦斯(CO2)相对涌出量、日透水量、冲击地压、最大炸药用量、电气设备、提升设备、煤层自然发火情况等。

　　2.3.4 产煤量数据库

　　其内容主要包括矿井煤炭可开采产量、已经开采量、各工作面的生产计划排程、计划产煤量、安全产煤量、各工作面日产煤量、采煤工作面日推进尺、掘进工作面日推进尺、日产煤量、月产煤量和最大可采量等。

　　2.3.5 安全设备设施数据库

　　其内容主要包括主要的劳动保护安全装置、安全设备设施配备情况、安全设备设施使用和维护情况、安全设备设施的可靠程度和安全设备设施的管理等。

　　2.3.6 伤亡事故数据库

　　其内容为事故名称，事故发生时间、地点、原因，事故性质、发生次数、伤亡人数，，影响生产情况、损失工日、经济损失以及肇事者、伤亡者基本信息等。

　　数据库的数据可靠性和及时性将直接影响评价的结果，另外，通过信息网络，将不同作业区域以及生产单元通过数据库，进行数据交换和对接，实现整个煤矿生产、管理、安全等过程数据共享，增强数据库满足该评价对矿井基本信息的要求。增加安全评价的可靠性和动态性。

　　2.4 实现基于产煤量的煤矿动态安全评价的可行性分析

　　煤炭行业属于高危行业，国家推行煤矿安全评价的意义是积极的，近年来的实践得到证明。但是评价过程中出现一些问题，如专家指出”定量评价”和”动态评价”问题，要解决问题就得改变煤矿评价的静态观，正视煤矿安全生产的动态性，而基于产煤量的煤矿动态评价方法，就是借鉴以往煤矿静态评价的成功经验。用时间序例为线索、以产煤量为指标来描述煤矿生产的动态性，将矿井生产不同间隔期的安全生产状况，基于煤矿数据库，以产煤量危险值来定量评价，建立基于产煤量危险值的动态评价模型，以便在煤矿安全生产管理中，树立起定量和动态的评价观念，使得该评价具有更大的实际应用价值。

　　要及时掌握生产情况和危险因素的变化。需要大量的不同时间序列的生产现场资料和数据，靠个人和评价机构是难以做到，因此建立由各基本数据库、危险因素的危险值和危险因素组合的效应值的数据库，通过局域网实现资源共享，建立型网络数据库中心，以实现对生产作业面、安全管理过程以及危险因素的动态监控，并通过系统分析的手段，借助计算模型对危险因素进行组合，获得煤矿危险因素组合效应数据库，那么在分析安全评价项目所处的危险因素及其组合时，就可以直接调用数据库，使的基于产煤量危险值的煤炭动态安全评价既能有效直接的实现，又能较准确的反应其动态过程，克服煤矿静态安全评价缺点。

　　若辅以信息决策模块技术，对数据库进行评价流程标准作业程序二次开发，将数据信息和基于数学模型、信息技术建立起的该评价方法的计算机评价程序结合起来，建立起评价流程计算机标准作业流程程序和计算模块，就能实现基于评价数据库实现在线、及时和动态模拟评价，能直接为基于产煤量危险值的动态评价提供基础信息支持，能实现在线动态安全评价，加快评价的进程，节约评价成本，有望实现及时动态在线评价，将煤矿任一时间序列上的安全状况及时准确的描述出来，直接指导煤矿安全生产现场工作，为煤矿安全生产和管理的自动化和信息奠定基础。

　　3 结束语

　　煤炭作为我国生产、生活和生存领域的重要能源，国家在”十一五”计划中将煤矿企业的百万吨死亡率例为考核指标。国家推行煤矿安全评价，其目的是预防煤矿事故，而传统的静态安全评价方法难以实现，而基于产煤量的煤矿动态安全评价能有效处理煤矿静态评价方法和其生产动态过程的矛盾，适应了煤矿安全评价朝定量和动态过程发展的趋势，通过建立煤矿危险因素以及组合危险值网络数据库，开发评价流程标准作业程序，增强其可操作性、及时性和可靠性，更为客观和准确反应煤矿安全生产的安全状况，预测出煤矿安全变化趋势，对定量、动态和客观评定煤矿的安全等级，保障煤矿企业定的作用。