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礦井一通三防風險評估分析

摘要:由于礦井地質復雜、企業生產技術有限、個人防護措施不到位,礦產資源領域頻繁發生安全事故,而安全事故的發生可以采取風險管控措施加以預防。為了有效識別礦井的風險,展開一系列風險評估顯得尤為重要,本文以鎮雄縣礦井“一通三防”作為研究對象,基于層次分析法(AHP),從通風系統風險、防塵系統風險、防有害氣體系統風險、防火系統風險四個方面構建了礦井一通三防風險評估指標體系,建立了礦井一通三防風險評估模型,根據評估結果對鎮雄縣礦井一通三防安全體系中存在的突出問題進行了科學分析,并提出合理化建議。

關鍵詞:礦井;一通三防;AHP;風險評估

鎮雄縣位于云南省滇、川、黔三省交界,全縣國土面積3696m2,含礦面積占縣國土面積的44%,礦產資源遠景儲量74億噸,屬于國家13個大型礦山開采基地98個礦區之一,主要可采礦層原礦為低水分、中灰到富灰、低硫到高硫、低磷到高磷、高發熱量礦種。2018年1-10月鎮雄縣共生產原礦514.98萬噸,洗選礦173.6萬噸。由此可見,礦產業在該縣的地位舉足輕重,但礦井在開采過程中沒有實現對安全生產事故的有效控制,礦產行業安全生產形勢依然十分嚴峻。礦井安全問題自礦產企業的發展伊始就受到社會和政府的高度重視,一通三防與礦井安全作業存在最直接的關系。為了確保礦井安全作業,展開礦井一通三防風險評估,將層次分析法(AHP)引入礦產領域,從通風系統風險、防塵系統風險、防有害氣體系統風險、防火系統風險四個方面著手,建立起礦井一通三防風險評估模型。

1層次分析法(AHP)

層次分析法是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。它把復雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯系的有序層次,使之條理化,根據對一定客觀現實的主觀判斷結構把專家意見和分析者的客觀判斷結果直接而有效地結合起來,將一層次元素兩兩比較的重要性進行定量描述。而后,利用數學方法計算反映每一層次元素的相對重要性次序的權值,通過所有層次之間的總排序計算所有元素的相對權重并進行排序。為更好地對層次分析法(AHP)進行描述,這里首先給出層次分析法應用的大致步驟:①識別風險因素及歸類分組;②建立起遞階層次結構模型;③構造各層次的判斷矩陣;④層次單排序及一致性檢驗;⑤層次總排序及一致性檢驗。

2礦井一通三防風險識別

2.1通風風險識別。礦井通風系統是由通風裝置、通風井巷網絡、風流監測與控制設施等組成[1]。礦井在通風方面主要風險有礦井外部漏風、通風設施不合格、通風設施失修、采掘工作面送風量不足等,這些風險均可從通風系統和通風設施兩個方面加以防控,如礦井通風系統優化、編制事故預防與處理方案、加強現場通風安全管理、通風設施檢查與維護等。2.2防塵風險識別。有害氣體爆炸通常會伴有粉塵爆炸,粉塵爆炸危險性大、破壞力強,采取綜合措施防止粉塵堆積十分有必要。因此,礦井防塵必須有完善的防塵供水系統,防塵主要管路須安裝水質過濾器。從管理角度來說,防塵還須采取綜采工作面、綜掘工作面、炮掘工作面、運輸巷及其它巷道、五地面儲、裝、運系統、隔爆設施等防塵管理措施以及定期沖刷巷道。2.3有害氣體風險識別。有害氣體是礦井安全作業最危險的因素之一,有害氣體是一種無色、無味、無臭的氣體,該氣體難溶于水、通常漂浮在空氣中,濃度較高時會引起人窒息死亡。氣體爆炸的危害主要有引發火災、粉塵爆炸,燒死燒傷人員、損壞巷道和設備、產生大量有毒、有害氣體。因此,礦井作業事前、事中、事后必須防范有害氣體。預防有害氣體可以從預防氣體積聚、杜絕火源和阻爆隔爆三個方向著手[2],如安裝氣體檢測報警儀、氣體抽放系統、完善氣體檢查制度。2.4防火風險識別。礦井火災是指通常發生在礦井下巷道、采掘工作面、硐室、采空區等井下區域以及井口附近地面的火災。根據引燃熱源不同,礦井火災可分為外因火災與內因火災。外因火災形式主要包括明火、違章放炮、機械摩擦和撞擊、電氣設備失爆、電路短路或漏電、有害氣體、粉塵爆炸。因此,防火須采取相應的措施加以防范,如安裝消防管理系統、制定防滅火方案、安裝火宅監測系統。

3工程實例

3.1工程概況。某礦井位于鎮雄縣復試向斜南翼東南段,為一北西~南東向延伸的單斜構造,地層總體傾向北東,傾角7~30,斷裂發育至礦區邊部,區內地質構造較復雜,礦井水文地質以頂板巖溶裂隙含水層、老空積水充水為主的中等類型,可采礦層圍巖主要是泥巖及粉砂質泥巖,節理較發育,無明顯的破碎帶。礦井礦層為低變質,工作面回采區域遺礦較多,采空區易漏風,不易引起自燃發火。該礦目前采用傾斜長壁采礦法,爆破落礦,綜采采礦工藝采,采用斜井開拓方式,多礦層聯合開采。礦區配有獨立的通風系統、有害氣體濃度監測系統、防塵供水系統、煙霧報警系統等。3.2指標體系建立。(1)通過對礦井一通三防系統及其安全管理現狀進行實地調查,定性地、定量地分析礦井一通三防系統有可能存在的全部風險因素,對風險因素按照某些特征進行歸類分組。(2)以礦井一通三防安全為目標層,以實現目標層可供選擇的各種措施(采掘工作面配風、通風設施完善及維護、礦井供需風量比;綜合防塵措施、定期沖刷巷道、防塵灑水管道系統安裝及維護;有害氣體檢測報警儀安裝、氣體抽放系統安裝及維護、檢查制度完善;消防管理系統安裝及維護、防滅火方案制定、火宅監測系統安裝及維護)為準則層,以通風系統、防塵、防有害氣體、防火為方案層,建立起遞階層次結構模型。(3)引入1~9及其倒數作為因子對比標度[3]。3.3構造各層次的判斷矩陣。所謂判斷矩陣,其實就是各層次的相互因子權重矩陣。針對目標層礦井一通三防安全而言,將準則層重要程度進行兩兩對比,可得到準則層相互因子權重;對于方案層而言,將方案層重要程度進行兩兩對比,可得到方案層相互因子權重。3.4層次單排序及一致性檢驗。所謂層次單排序,是指判斷矩陣經過對應于最大特征值的特征向量,經歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值。層次單排下雖然能較客觀地反映出一對因子影響力的差別,但綜合全部比較結果時,難免包含一定程度的非一致性,因此,需要做一次性檢驗,以滿足各層次判斷矩陣的不一致程度均落在允許的范圍內。3.5層次總排序及一致性檢驗。通過層次單排序及一致性檢驗后,即可得到一組元素對其上一層中某元素的權重向量。根據最終各元素,尤其是方案層對于目標的排序權重,從而進行方案選擇,即從礦井一通三防安全目標中重點尋找最能影響目標實現的因素。3.6MATLAB偽代碼。以下給出層次分析法的MATLAB實現過程,并由偽代碼形式進行表達:(1)clear;(2)輸入準則層、方案層的相互因子權重矩陣,分別求其特征值與特征向量;(3)按照公式nC−−=1)n(Iλ求出準則層、方案層一致性指標;(4)查隨機一致性指標表,分別取IR為0.9和1.54,按照公式IIR=RCC求出準則層、方案層的一致性比例RC;(5)若<0.1RC,認為矩陣的不一致程度在允許的范圍內,可用其特征向量作為權向量;若一致性比例≥0.1RC,則應對判斷矩陣做適當修改;(6)求準則層、方案層權值;(7)求總排序權值;End輸出結果3.7評估結果利用MATLAB軟件進行編程,得到礦井一通三防風險評估權值表如表1。

4結論

根據評估結果,對礦井一通三防風險重要程度依次排序為防火、通風、防塵、有害氣體,因此,針對鎮雄縣某礦井重點對防火進行管控,建議根據礦井工作面實際情況,有條件地對采空區及后部灌漿,對地表塌陷坑進行回填,以便減少礦井火災發生。另外完善通風系統,可以采用進風上山和回風暗立井回風的通風布置方式。

作者:李世賢 單位:云南省鎮雄縣應急管理局礦山救護隊

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