煤尘爆炸危险源的辨识与控制

王志民

(神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026015)

随着80年代安全系统工程在我国的兴起，对重大危险源的辨识研究有了很大的进展，先后有陈宝智教授[1]、吴宗之研究员[2，3]、何学秋教授[4]等人对其进行了研究，并于2000年颁布了国家标准《重大危险源辨识》。[5]

煤尘爆炸作为煤矿五大灾害之一，对煤矿的安全生产产生了严重的威胁。虽然它在煤矿事故中所占的比率较少，但一发生往往损失很大，因此受到世界各产煤国的重视。[6]据统计，在国有重点煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井占87.4%。虽然人们对煤尘爆炸进行了数十年的研究，但随着煤炭企业的不断发展，来自煤尘爆炸的不安全因素依然将长期存在。

笔者对危险源与危险源分类理论进行了一些探讨，并从辨识煤尘爆炸危险源入手，对煤尘爆炸的危险性的控制进行了一些探讨。

1 煤尘爆炸危险源的辨识

1.1 危险源的定义

首先，我们应对危险源这一概念进行定义。Willie Hammer将危险源定义为“可能导致人员伤害或财物损失事故的潜在的不安全的因素”。[7]我国《职业健康安全管理体系规范》将危险源定义为“可能导致伤害或疾病、财产损失、工作环境破坏或这些情况的组合的根源或状态”。[8]吴宗之研究员认为，重大危险源是指工业活动过程中，客观存在的危险物质或能量、超过临界值的设备、设施或场合。[9]何学秋教授提出，危险源是认识主体中产生和强化负效应的核心，危险能量的爆发点。

根据事故因果理论[10]和能量转移理论，笔者认为：危险源是能够影响或导致能量或毒性的意外释放，以至于破坏系统安全并导致事故发生的要素。这种要素是十分广泛的，包括物质、能量、状态等。

1.2 危险源的分类

关于危险源的分类问题，国内有“二类危险源理论”[11，12]与“三类危险源理论”[13]二种理论。

结合上述观点，笔者认为，危险源应分为三类，即第一类危险源、第二类危险源、第三类危险源，其作用模型见图1。

图1 三类危险源事故致因模型

第一类危险源是系统内存在的、处于某种状态的、能够提供导致事故的最小能量或毒性的物质。是事故发生的最基本的因素，是决定事故严重度的因素，是能量意外释放的主体。如：具有一定能量的物体、高温高压的气体、有毒有害的物质等。

第二类危险源是满足能够导致第一类危险源的能量或毒性意外释放和使意外释放的能量或毒性演变为事故所需的必要条件的一切因素。是事故发生的必要条件，是决定事故发生可能性的因素，包括使第一类危险源的能量或毒性意外释放的条件和防控的失败。

防控设施故障，可以分为事前预防设施故障和事后控制设施故障。事前预防指的是在第一、二类危险源没有同时出现，而导致能量和有害物质的意外释放前对第一、二类危险源的出现及相互作用进行防控，从而防止事故的发生；事后控制指的是在第一、二类危险源出现并相互作用，而导致能量和有害物质的意外释放后对意外释放的能量和有害物质进行控制，从而降低其危险性，以致于可以将事故所产生的危害忽略不计。

第三类危险源是指能够影响或导致第一、二类危险源产生的因素。包括人的失误和各种环境因素，环境因素包括自然环境因素、生产环境因素、教育环境因素、管理环境因素、思想文化环境因素、经济环境因素、技术环境因素、法制环境因素、政治环境因素。第三类危险源虽然不能直接导致事故的发生，但其能对第一、二类危险源的产生有着直接或间接地影响。所以在事故发生的过程中，第三类危险源起着举足轻重的作用，是事故致因的重要一环。

一起事故的发生，是在第三类危险源的影响与作用下，第一、二类危险源相互作用的结果。第一类危险源是导致事故的能量主体，第二类危险源是促使第一类危险源导致事故的必要条件，第三类危险源是第一、二类危险源出现的前提。第三类危险源的存在，促使第一、二类危险源的出现与作用；第二类危险源的存在，使着第一类危险源有可能失去控制而释放出大量能量或危险物质。第一类危险源决定事故后果的严重程度，第二类危险源决定事故发生的可能性大小，第三类危险源决定第一、二类危险源出现的可能性大小。对三类危险源的辨识与控制，是实现系统本质安全化的必要条件。

1.3 煤尘爆炸危险源的辨识

煤尘爆炸必须具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮在空气中；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。[14]

1.3.1 煤尘爆炸第一类危险源的辨识

第一类危险源辨识的基本原则，是确定危险源、确定可能意外释放的能量、有毒有害物质量的多少与强度、作用范围等。

对于煤尘爆炸的第一类危险源来说，应当是悬浮在空气中达到一定浓度的具有爆炸性的煤尘。

一般，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3，其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g/m3。但是，确定煤尘爆炸浓度时，必须考虑落尘这一因素，即通过实验得出落尘的爆炸下限，用作确定巷道按煤尘爆炸危险程度分类的指标。

对于煤尘有无爆炸性，《煤矿规程》规定：“应由矿务局或地质勘探部门提供煤样，送部授权单位进行鉴定。”[15]煤尘爆炸的鉴定方法有两种：一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定；另一种方法是在实验室中，使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，方法简单，目前多采用此种方法。

煤尘爆炸能产生巨大的能量，并伴随着强大的冲击波，还可产生大量有毒有害气体，作用范围很大，一旦发生，整个矿井生产系统随之瘫痪。

1.3.2 煤尘爆炸第二类危险源的辨识

煤尘爆炸的第二类危险源，应为能够引燃煤尘爆炸的高温热源和防控煤尘爆炸的设施物的故障。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。这样的温度条件下，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧核爆炸、井下火灾或明火等。根据80年代的统计资料，由于放炮和机电火花引起的煤尘爆炸事故，分别占总数的45%和35%。井下的各种防控装置的故障，也是煤尘爆炸的一个主要因素。

1.3.3 煤尘爆炸第三类危险源的辨识

煤尘爆炸的第三类危险源，应为人的失误和各种不利于煤矿安全生产的环境因素。

对于人的失误可由人的失误概率(E)表示，常用的为山口模型:

E=k1·k2·k3·k4·k5(1-R1·R2·R3)

式中：R1— 接受信息的可靠度；R2— 判断可靠度；R3— 执行操作可靠度；k1— 作业时间系数；k2— 操作频率系数；k3— 危险程度系数；k4— 生理、心理条件系数；k5— 环境条件系数。

不利于煤矿安全生产的环境因素有：

自然环境因素。我国大多数的煤矿地质条件极为复杂，我国国有重点煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井占87.4%。

生产环境因素。大多数煤矿企业的生产条件极为恶劣，采煤机械化率低，仅为40%左右，安全设备老化、落后，安全性能低，抗灾能力差。

教育环境因素。多数煤矿企业的管理者与职工缺乏系统的安全文化与技术的教育，多数安全技术人员凭借经验与“想当然”进行安全工作。

思想文化环境因素。多数企业与职工安全思想薄弱，存在侥幸心理，大多数企业安全文化氛围差，安全观念差，安全意识不强。

管理环境因素。多数煤矿企业安全管理混乱，安全管理松弛，事故隐患大量存在安全生产制度不能有效执行，缺乏有效监管。

经济环境因素。国家和企业的安全投入仍显不足，企业的利润与安全的矛盾愈发严重。

技术环境因素。对安全科学技术投入少，安全科学的基础研究匮乏，安全新技术发展缓慢。

法制环境因素。相关立法滞后，缺乏有关法律规范，缺乏有效的监管制度，不能做到有法可依。

政治历史环境因素。仍缺乏对整治煤矿安全形势的决心与实际行动，安全与发展的矛盾愈加尖锐。

2 煤尘爆炸危险源的控制

煤尘爆炸具有很高的危险性，有必要采取一系列的措施对其进行控制，使其危险性降低到可以接受的风险范围内。

2.1 煤尘爆炸第一类危险源的控制措施

(1)降低煤尘的爆炸性能。这种措施常用方法主要有撒布岩粉，针对这种措施的技术研究进展比较缓慢。

(2)降低悬浮在空气中的煤尘浓度。这类控制措施的方法比较成熟，其具体办法如下：①通风降尘，包括采煤工作面通风降尘和掘进工作面通风降尘。②湿式降尘，包括洒水降尘和喷雾降尘。③捕尘降尘，有密闭抽尘、干式捕尘器、湿式捕尘器和空气过滤降尘器。④其他降尘措施。

(3)控制落尘变为浮尘。 这种控制措施也有较多方法，有着一定的效果。主要方法有煤层注水、采空区及巷道灌水、湿式作业、放炮前冲洗煤壁和岩帮、水封爆破与水炮泥、出煤岩时洒水、采煤机内外喷雾、掘进机高压水射流辅助截割、移架自动喷雾等方法。

(4)减少出尘量与落尘量。其具体的控制方法，有选择适当地采煤方法和生产工艺，改进采煤机切割结构及选择合理地截割参数，可能时尽量减少炮眼数量与炸药用量，消除落尘——清、冲、刷、粘等方法。

2.2 针对第二类危险源的控制措施

(1)防止引燃煤尘爆炸的措施。①严格执行《规程》有关消除明火的规定；②防止瓦斯积聚和燃烧爆炸；③消除放炮时产生的火焰；④消除电气火源；⑤消除其他火源。

(2)增加防控设施并保持其安全性能。防控煤尘爆炸的设施，现阶段主要为隔爆棚，包括岩粉棚、水棚和自动隔爆棚。应该大力开发新式煤尘爆炸防控设施，井下重点处应安装防控设施，并对其进行定期检查维修，确保其安全性能。

2.3 针对第三类危险源的控制措施

(1) 对于国家，应加大安全立法力度，加强对煤矿的整治力度，加强对安全生产的经济投入，加强对安全生产的重视程度，加强对安全科学基础研究的扶植力度，促进安全新技术的出现，加大对煤矿企业的监管力度，妥善处理好安全与发展之间日益尖锐的矛盾。

(2) 对于企业，应加强对安全生产的投入，加强对员工的培训，应正确处理好安全生产与利润之间的矛盾，完善安全生产制度，下大力度执行安全生产制度，确立安全生产负责制，该善生产条件，提高机械化率，保证安全设施的可靠性，增强企业的安全文化氛围。

(3) 对于个人，应加强安全生产教育，使得每个煤矿的管理者和职工明确“安全无小事”的思想，排除自身的侥幸心理和“想当然的”思想，把安全生产的思想深植入心。同时，应当增加个人的安全科学技术的理论素养，要做到人人都是专家，要定期进行培训，合格后方可上岗，要增强安全意识，强化安全观念，确立本质安全化思想。

3 结 语

(1) 危险源是能够影响或导致能量或毒性的意外释放，以至于破坏系统的安全性，并导致事故发生的要素。危险源应分为三类，即第一类危险源、第二类危险源、第三类危险源，事故的发生是三类危险源共同作用的结果。对三类危险源的辨识与控制，是实现系统本质安全化的必要条件。

(2)煤尘爆炸的第一类危险源，是悬浮在空气中达到一定浓度的具有爆炸性的煤尘。第二类危险源，是能够引燃煤尘爆炸的高温热源和防控煤尘爆炸的设施物的故障。第三类危险源，是人的失误和各种不利于煤矿安全生产的环境因素。

(3)应分别对煤尘爆炸三类危险源作出相应的控制措施，以减少煤尘爆炸事故，实现系统的本质安全化。

要明确三类危险源是事故能否发生的决定条件，对事故的防范应归结于对三类危险源的控制。我们应当从辨识三类危险源入手，对三类危险源采取控制措施，只有这样，才能促进安全科学的发展，才能遏制煤尘爆炸事故的频发，才能真正扭转目前严峻地安全生产形势，才能更有效的促进社会主义和谐社会的建设。

[1] 陈宝智. 安全原理[M]. 北京：冶金工业出版社，1995.

[2] 吴宗之. 重大危险源控制技术研究现状及若干问题探讨[J]. 中国安全科学学报, 1994,4(2)：17-22.

[3] 吴宗之. 易燃、易爆、有毒重大危险源评价方法与控制措施[J]. 中国安全科学学报, 1998,8(2)：57-61.

[4] 何学秋，林柏泉,等. 安全工程学[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[5] 中华人民共和国国家标准. 重大危险源辨识[S]. GB/T18218-2000,2000.

[6] 叶钟元. 矿井防尘[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1991.

[7] W.Hammer Product Safety Management and Engineering[M] Printice-Hall.Inc,1980.

[8] 中华人民共和国国家标准. 职业健康安全管理体系规范[S]. GB/T28004-2001,2001.

[9] 吴宗之，高进东. 重大危险源辨识与控制[M]. 北京：冶金工业出版社，2001.

[10] H.W.Heinrich,and etc Industrial Accident Prevention [M] Mc Grow-Hill.Inc,1980.

[11] 陈宝智. 系统安全评测与预测[M]. 北京：冶金工业出版社，2005.

[12] 钱新明，陈宝智. 重大危险源辨识与控制[J]. 中国安全科学学报, 1994,4(3)：16-21.

[13] 田水承. 第三类危险源辨识与控制研究[D]. 北京：北京理工大学，2001.

[14] 赵益芳. 矿井防尘理论与技术[M]. 北京：煤炭工业出版社，1995.

[15] 国家安全生产管理局，国家煤矿安全监察局. 煤矿安全规程[S]. 北京：煤炭工业出版社，2005.