高建祯

（同煤集团北辛窑煤业有限公司，山西 忻州 036702）

在煤炭生产过程中，瓦斯爆炸既给安全生产造成危害，也给井下人员的生命安全带来威胁。本文通过事故树理论分析瓦斯爆炸事故发生的关键因素，以便采取针对性措施预防瓦斯爆炸事故的发生。

1 瓦斯爆炸机理

煤矿开采过程中，由煤、岩层中涌出的以CH4为主的有害气体总称为瓦斯，通常CH4占瓦斯含量90%以上。当井巷空气中瓦斯浓度含量达到5～16%左右，遇到火源会发生瓦斯爆炸。

根据瓦斯爆炸机理，发生瓦斯爆炸必须具备三个条件：（1）井巷空气中的氧气浓度应能支持爆炸的氧化作用；（2）瓦斯浓度需要达到爆炸极限范围；（3）引发爆炸的火源，燃烧、爆炸等剧烈化学反应需达到650K左右的温度。

2 北辛窑煤矿瓦斯爆炸事故树分析

北辛窑煤矿位于被称为“黄土高原上的绿色明珠”的宁武县阳方口。井田面积为53.3km2，资源储量9.532亿t，矿井产量为800万t/a。矿井采用斜井开拓，属低瓦斯矿井，但是存在局部瓦斯聚集区。因此，建立瓦斯爆炸事故树，为事故预防等提供依据。

2.1 事故树的建立

根据以往瓦斯爆炸事故分析，瓦斯爆炸事故的多发地点为采煤工作面、掘进工作面。通风系统状态、通风机性能、风筒状态等都会影响瓦斯浓度变化、积聚；而电气设备漏电、电焊、爆破、烟头、明火以及煤炭自燃等都会形成瓦斯爆炸事故的火源。总结上述各类因素，构建北辛窑煤矿瓦斯爆炸事故树如图1所示。

图1 北辛窑煤矿瓦斯爆炸事故树示意图

2.2 事故树定量分析

关于事故树最小割集的结构函数为：

整个事故树共有最小割集180个：

因此可以看出导致瓦斯爆炸的各类事件的可能性组合较多。

关于事故树最小径集的结构函数为：

该事故树的最小径集有4个：

因此得出为避免瓦斯爆炸事故树中事件发生各个因素的结构重要度大小为：

瓦斯爆炸事故树的最小割集为180组，即说明能够引发煤矿井下瓦斯爆炸的途径存在180条。而最小径集为阻止事故树顶上事件最终发生的路径，则存在四条路径能够阻止矿井瓦斯爆炸的发生：（1）X1氧气对顶上事件发生起关键作用，但是实际工作中氧气不可调控，瓦斯爆炸都发生在工作面、井巷的掘进或生产中，这类环境必须要充足的新鲜空气进入，保证作业人员的正常呼吸；（2）X13、X14事件可为主要的控制路径，及时处置瓦斯含量超限，有效避免爆炸事故的发生；（3）控制矿井生产中可能导致瓦斯超限和产生火源的各类因素，能够彻底切断瓦斯爆炸事故发生的各类可能性。

3 瓦斯防治措施

通过上述事故树分析，制定北辛窑矿瓦斯预防措施。具体有如下几点：

（1）通风管理。矿井中防治瓦斯超限的最有效措施为井下通风，为此选择合理的矿井通风系统，加强通风系统管理，保证井下通风连续、有效，并维持合理的风量和风速，使井下各处瓦斯含量低于《煤矿安全规程》中规定的限值。① 严禁使用自然通风，矿井必须设计有独立通风系统，避免独眼井通风，避免生产中循环风、巷道串联风；② 正确使用局部通风设施，确保局部风压低于全风压以避免循环风，局部风机应采用高效风机，并采用双风机、双电源，局部通风机中必须挂牌管理，专人持证管理。③ 加强井下作业管理，局部通风机使用过程中，应确保工作面空气质量达标后人员方能进入。同时井巷贯通前应制定安全预防措施，误联通火区、老塘、采空区、废弃井巷等处时延时排风，防止瓦斯超限。工作面或井巷停止作业后应继续通风。局部通风机非正常停止时，及时停工并撤出人员，长时间停工设置警示标志及栅栏，废弃井巷、工作面及时做好密闭。

（2）瓦斯超限管理。掌握各个作业地点瓦斯浓度是及时采取措施避免瓦斯突出及瓦斯爆炸事故的基本举措。对井下作业过程中各工作地点设置瓦斯自动监测系统或瓦斯超限报警器，配备专业的瓦检员，当作业过程中风机、电机、电气设施20m范围的瓦斯浓度超出限值1.5%后，及时停工，切断电源，撤出人员，排查后采取措施。

（3）爆炸火源管理。井下作业人员禁止携带引火物及穿着易引起静电的服装，井下禁止出现明火及明电照明。选用的通风及电气设施应满足井下防火、防爆要求，同时通风机设置应按照“三专两闭锁”设计，电气安装或维修禁止带电操作，并确保电线、电缆完好无破损，同时应确保局部风机、电气开关处10m范围内的瓦斯含量低于0.5%的限值。工作面或其掘进巷道中当内部瓦斯浓度超过1.0%，应停止电钻钻孔、爆破等作业，并且井下爆破时应严格执行“一炮三检”和“三人连锁”制度。

（4）安全管理制度。必须具备完善的安全管理机构，配备足够的专业人员及设备，落实领导安全生产责任制，严格落实管理人员、职工的安全培训制度，确保各项安全规则制度切实执行，杜绝作业人员违章作业。具备完整的瓦斯爆炸灾害救援机构和预案，确保救护人员进行专业培训，并配备专用设备。

（5）注重先进通风监控设备的应用。通过加大安全资金投入，引进新的通风检测设备。如新型的基于超声波时差原理研制的风速传感器可以检测0.1～15m/s的风速，分辨率为0.01m/s；KJ90NB煤矿安全监控系统可以实时监测井下风速、风压、温度等参数，也可以检测风门开闭、风机开停等状态参数。而且随着自动化水平的提高，一些对通风设施进行远程调节与控制、智能化监测的设备也逐渐用于实践，这些设备都将成为煤矿减少和杜绝瓦斯事故的重要保障。

4 结论

本文根据瓦斯爆炸事故发生的特点，应用事故树分析法对可能导致北辛窑煤矿瓦斯爆炸事故的各类原因进行分析，计算了不同因素对事故产生的结构重要度，并根据分析提出具有针对性的预防措施和控制手段。为北辛窑煤矿瓦斯防治工作提供了理论依据，也降低了瓦斯爆炸事故发生的可能。