戴腰山铜矿采矿技改工程安全评价研究*

0 引言

矿山行业对我国国民经济发展起着至关重要的作用，推动着国家经济和社会的高速发展[1]。但矿山开采是一个复杂的系统，存在着各种各样的危险、有害因素，且由于其资源赋存条件复杂、生产技术条件和装备总体较为落后、技术管理水平较低以及人员素质参差不齐等原因，事故频发[2]。尤其是小矿山的改造过程，开采系统从一个状态过渡到另一个状态，其发生危险的概率更大[3]，因此对矿井改造工程进行安全评价显得尤其重要。本文通过对南陵县铜铁矿业有限责任公司戴腰山铜矿采矿技改工程进行安全评价，通过一系列定性、定量的分析和评价，辨识工程中存在的主要危险和有害因素，并针对性提出了安全措施，以期为此工程及类似项目的安全生产提供参考。

1 戴腰山铜矿概况

戴腰山铜矿始建于1984年，矿山位于戴公山背斜北东段北西翼，断裂构造较为发育，主要为纵向正断层和北西向横切断层,设计生产能力5万t/a，矿山提升、通风、排水、供电、采掘等系统已形成，矿井原先为平硐—盲竖井—盲斜井联合开拓，采矿方法为浅孔留矿法。戴腰山铜矿采矿技改工程建设，全部利用现有工程、设备、设施进行生产施工。完工后，利用副井作混合提升井、回风和安全出口，利用主井(-100 m水平以上)作为第二安全出口和进风，待深部探矿工程结束后再作进一步设计；其矿井通风、提升、运输、排水等系统均需改造。

2 戴腰山铜矿技改工程安全评价

安全评价作为预测、预防事故的重要手段，通过预先辨识系统的危险源，事先预测事故发生的可能，进而采取有针对性预防措施的“事前过程”[4]，从而达到提高系统本质安全的目的。

2.1 危险、有害因素辨识

矿山开采过程中，存在着很多危险源[5-6]。矿山危险源通常具有较大的能量，一旦意外释放，往往会造成严重伤害与损失。依据《戴腰山矿产资源开发利用方案》的内容，辨识出该技改项目中存在的主要危险、有害因素有：冒顶片帮、透水、火灾、触电、中毒窒息、高处坠落、物体打击、放炮、火药爆炸等。

2.2 评价单元划分

根据戴腰山铜矿采矿技改工程有关技术资料以及井下采矿系统所固有的特点，通过建设项目危险、有害因素辨识与分析，本着突出重点、抓主要环节的原则，将该项目划分为总平面布置、地下矿山开拓、提升运输、采掘、通风防尘等10个评价单元。评价单元划分的具体情况见表1所示。

表1 安全评价单元划分表

2.3 定性、定量评价

根据该技改项目以及危险、有害因素的特征，本文选用SCL，PHA，FTA，LEC等4种评价方法对10个评价单元中危险有害因素进行评价，见表1。

2.3.1 预先危险分析法

预先危险分析法的危险程度主要是依据《开发利用方案》和该项目的具体情况来判定(确定)，为设计、施工、生产和管理提供一定的依据，评价等级参考文献[1]。

对各个评价单元中的主要危险、有害因素进行预先危险分析，其中危险等级为Ⅳ级的危险、有害单元有6类；等级为Ⅲ级的有14类；处于Ⅱ级状态的有3类，具体情况如表1所示。

对于灾难性Ⅳ等级，如果管理预防不到位，发其生事故的概率较大并会产生灾难性的后果，应特别引起重视。其他为危险等级Ⅲ级、临界等级Ⅱ级，如不加防范，也可能会引起人身伤亡事故。

2.3.2 事故树分析法

由于矿山施工井巷较多，且围岩受裂隙、构造影响，具有一定的安全隐患。本文以井巷施工冒顶片帮事故为例，对冒顶片帮事故产生的原因进行事故树定量分析。图1为井巷施工冒顶片帮事故树，表2为事故树中各代码含义。

图1 冒顶片帮事故树

(1)利用事故树结构函数T=A·B·C，可得出120组最小割集。

(2)利用成功树结构函数T′=A′·B′·C′，可得到3组最小径集为：P1={X1,X2,X3}；P2={X4,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17}；P3={X5,X6,X7,X8}。

(3)各基本事件结构重要顺序为：Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)>Iφ(4)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)=Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)=Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)。

(4)从以上分析可知，井巷施工冒顶片帮事故树有120组最小割集，最小割集比较多，发生事故的途径比较多，顶上事件发生的可能性比较大。另外，最小径集有3个，因此应从地质条件、施工和管理3个方面入手来防止井巷冒顶片帮事故的发生。

2.3.3 作业条件危险性分析法

采掘作业评价单元是矿山开采的重要单元，主要包括凿岩作业、爆破作业、采场通风、出矿作业、井下运输、二次爆破等，用作业条件危险性分析(LEC)法对各项作业进行安全评价。本矿山采用浅孔留矿法采矿，对该采矿法的作业条件危险性分析进行取值、分析，参数取值范围及评分标准可参考文献[2]，具体取值及其危险程度如表3所示。

表3 浅孔留矿法采矿法作业单元LEC评价表

2.4 安全措施建议

2.4.1 总平面布置方面的安全措施

(1)避开不良地质，增加防范措施。(2)布置在采动范围外或留保安矿柱。(3)井口周边设置防洪沟。暴雨季节应注意对各井口加强防护，防止山间小溪的水或山洪、泥石流灌入井下，保证各井巷、建(构)筑物的安全。(4)回风的井口应布置在矿区常年最小风频的上风侧。

2.4.2 地下开拓方面的安全措施

(1)对于在移动带内的井巷要留足保安矿柱，不得破坏保安矿柱，确保井巷稳定。(2)作为安全出口的斜井应设置踏步、照明、扶手和安全标志。(3)相邻巷道应布置在开采移动带之外一定距离。(4)废弃的井巷要及时封闭，防止人员误入。(5)巷道、天井、溜井等位置，要设置避灾标志、警示标志、名称等，同时溜井周围设防挡水设施，防止跑矿。

2.4.3 提升运输系统方面的安全措施

(1)交叉路口和运输线路繁忙地段设信号装置或由专人看管。(2)路况不良的运输道路要及时修缮。(3)定期对钢丝绳进行检查、试验，保证钢丝绳的各种指标不超限。(4)应按规定及时更换钢丝绳，不得超期使用。

2.4.4 采矿系统方面的安全措施

(1)采矿方法。矿山开采年限较长，前期开采活动存在不规范行为，导致存在很多老窿、废巷，矿山要对前期遗留的老采空区、弃巷进行排查，遇到可疑地点，必须先行探放水，防透水事故的发生；斜井、天井、溜井口应设红灯警示装置、照明和护栏(盖板)，以防人员坠入井中。开展相关试验监测，合理确定回采顺序、工艺，尽量减少采空区的暴露面积，缩短暴露时间，及时进行充填。

(2)爆破。要使用合格的爆破器材；对爆破器材实行严格管理，特别是炸药库离矿山有一段距离，要认真执行炸药领、退制度，确保火工品运输安全；从事爆破作业人员必须持证上岗。

(3)地压管理。每个采区设立矿柱，以阻止地压灾害传至相邻采区；采空区要及时充填且充填时要接顶、结实，消除其对含水层、地表的影响，避免形成冲击地压、空气冲击波；采取控制爆破技术，降低最大一段药量，以减小爆破对巷道稳定性的影响。

2.4.5 通风系统方面的安全措施

(1)井下根据通风需要及时设置风门、风桥、挡风墙等通风构筑物，并保持通风构筑物的完好。(2)通风机的周围应设置栅栏等隔离装置，防止人员卷入。(3)采场回采结束后，通往采场的通道要及时封堵，防止出现风流短路现象。(4)及时对采掘工作面、大巷等处的风量、风速、风质等进行检测，防止有毒、有害气体超标。(5)掘进工作面及一些盲巷，人员进入时，要提前通风，并保持局扇的正常运转。

2.4.6 防排水系统方面的安全措施

(1)矿区内的洼地、陷落区及旧河道应采取防止积水的措施，对地面可能通向井下的裂缝、废旧钻孔等均应及时封堵，避免地表水灌入井下，造成透水事故。(2)在井巷工程施工中，加强探水或超前探水工作。(3)开采方案中水泵能力、水仓容积是按照现有涌水量进行设计的，但是随着开采深度的延伸，涌水量可能增大，因此布置防排水系统，应留足水仓容积、排水设备能力、防水闸门等。(4)该矿山为整合矿山，且开采年限较长，存在许多老窿、废巷。后期开采时，必须对老窿、废巷进行排查及探放水作业，避免发生突水事故。

2.4.7 防灭火系统方面的安全措施

(1)井下变(配)电硐室以及地面变电所等，需配备手提式泡沫灭火器、水箱、沙箱等防火器材。(2)井下供水管每隔50～100 m应设一支管和供水接头，作为消防水管。(3)井下用过的废油、棉纱、布头、废纸和油毡等易燃品应放在带盖的铁桶内，并及时运到地表处理。

2.4.8 职业危害方面的安全措施

(1)应尽量将产尘岗位与非产尘岗位隔离。(2)接触粉尘的人员上岗作业应佩戴防尘口罩，并应遵守防尘操作规程。(3)井下采掘前对巷道帮壁进行冲洗，凿岩实行湿式作业，掌子面爆堆先洒水后出渣，在装矿巷道和出矿口处安装喷雾洒水装置降尘。

3 结论

(1)通过预先危险性分析，找出戴腰山铜矿采矿技改工程引起重大危险有害因素(灾难性的)危险等级为Ⅳ级的危险、有害单元有6类；引起主要危险有害因素(危险的)等级为Ⅲ级的有13类；处于一般危险有害因素(临界)状态Ⅱ级的有3类。存在灾难性的危险单元，应采取必要的措施，降低其危险等级，减少风险，使矿山能安全运行。

(2)运用事故树分析法，对该技改工程可能发生的井巷施工冒顶片帮事故进行了分析，找出了冒顶片帮原因，提出了针对性的措施。

(3)运用作业条件危险性分析法，对整个采矿作业流程进行了安全评价，由评价结果可知：采矿作业单元的爆破、通风、提升运输作业为显著危险；其他作业为比较危险。在开采活动中采取相应的安全对策措施，能够保证安全。

[1]严积松，周旭. 小型地下金属矿山安全综合评价与对策[J].采矿技术，2009，9(3):49-52.

[2]石永国，傅忠清，郑敏. LEC评价法在非煤矿山安全评价中的应用[J].黄金，2009，9(30):33-36.

[3]林柏泉，周延，刘贞堂. 安全系统工程[M].徐州:中国矿业大学出版社，2005.

[4]朱易春，王乃斌，黄洪祥. 中小金属矿山地下开采安全评价研究与实践[J].金属矿山，2007(11):102-105.

[5]周琳，栗继祖. 关于煤矿安全评价中危险源辨识的研究[J].矿业安全与环保，2014，41(5):116-119.

[6]王建国. 煤矿生产系统危险源结构及煤矿事故预防[J].矿业安全与环保，2008，35(1):85-88.

Study on Safety Assessment of Mining Technological Transformation Project in Daiyaoshan Copper Mine

WANG Shuming1WANG Xiaoran2LIU Xiaofei2

(1.CollegeofArchitectureEngineering，JinlingInstituteofTechnologyNanjing211169)

In order to improve the safety of mining technological transformation project in Daiyaoshan Copper Mine, we identified the major hazards and harmful factors of the mining technological transformation project. Then, this project was divided into ten evaluation units based on the information of the project and the field investigation and analysis. What’s more, we conducted qualitative and quantitative evaluations for the major hazards and harmful factors of the project based on the specific characteristics of the evaluation units by using the safety evaluation of safety check list (SCL), preliminary hazard analysis (PHA), fault tree analysis (FTA) and operation condition risk assessment (LEC) respectively. In addition, we put forward reasonable and feasible measures and suggestions based on the problems existed in safety assessment.

mining technological transformation project safety assessment PHA FTA LEC

江苏省住建厅科研项目(2014ZD68)，金陵科技学院博士科研启动基金(jit-b-201230)，金陵科技学院校级科研基金项目(jit-2016-jlxm-16)。

王书明，男，1968年生，江苏兴化人，博士，副教授，注册安全工程师，一级安全评价师，主要从事安全评价与工程管理方面的教学与科研工作。

2015-10-29)