应用事故树分析煤矿掘进面瓦斯爆炸事故

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四川师范大学本科毕业论文应用事故树分析煤矿掘进面瓦斯爆炸事故学生姓名陈维院系名称工学院专业名称安全工程班级2010级6班学号2010180606指导教师刘照鹏完成时间年月日I应用事故树分析煤矿掘进面瓦斯爆炸事故安全工程专业学生姓名陈维指导教师刘照鹏摘要通过危险源理论,分析了煤矿掘进工作面里瓦斯爆炸危险源,并根据掘进面瓦斯爆炸的一些典型事例,概括出导致瓦斯爆炸的基本事件,绘制掘进工作面瓦斯爆炸事故树。应用事故树分析中的最小割集、最小径集和结构重要度,对矿井掘进面瓦斯爆炸事故进行了研究。结论表明,控制引起瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的爆炸界限,消除瓦斯环境中高温火源的存在,是预防矿井瓦斯爆炸的基本途径。关键词:危险源事故树掘进面瓦斯爆炸事故ApplicationOfFaultTreeAnalysisHeadingFaceMineGasExplosionAbstractByhazardtheory,thecoalmineexplosionhazardRivasheadingface,andaccordingtosometypicalexamplesofheadingfacegasexplosion,summedupthebasiceventsleadingtothegasexplosion,gasexplosionheadingfacedrawntree.ApplicationofFaultTreeAnalysisminimalcutsets,minimalpathsetsandstructuralimportanceoftheminegasexplosioninheadingfacewerestudied.Conclusionsshowthatthecontrollimitsexplosiongasexplosioncausedbygasconcentration,toeliminatethepresenceofhigh-temperaturegasfiresourceenvironmentisthebasicwaytopreventminegasexplosion.Keywords:HazardFaultTreeHeadingFaceGasExplosion目录摘要................................................................IAbstract............................................................I0引言..............................................................11掘进面瓦斯爆炸事故危险源辨识......................................11.1矿井瓦斯........................................................21.2事故发生影响因素分析............................................21.2.1爆炸界限......................................................21.2.2高温火源......................................................31.2.3氧气浓度......................................................31.2.4管理因素......................................................31.3事故三类危险源分析..............................................32事故树分析法......................................................52.1编制事故树......................................................62.2事故树定性分析..................................................62.3事故树定量分析..................................................62.4制定预防事故对策................................................63掘进面瓦斯爆炸事故树分析..........................................63.1计算最小割集....................................................83.2计算最小径集...................................................103.3结构重要度分析.................................................113.4小结...........................................................114预防措施.........................................................125结论.............................................................12参考文献...........................................................13致谢词.............................................................141应用事故树分析煤矿掘进面瓦斯爆炸事故0引言经过三十多年的发展和改革开放,中国的综合国力有了很大的提高,逐步走向小康社会。煤炭行业作为中国经济快速腾飞的根本保证,为大幅提高产业快速发展和综合国力做出了巨大的贡献[1]。然而,在95%的矿井中都是在地下开采,地质条件复杂,恶劣的环境,经常受到水,火,瓦斯,煤尘和顶板等自然灾害的威胁,这些都增加了矿井的危险程度和恶劣的工作环境。特别是在采矿过程中涌出的瓦斯,对煤矿安全生产的影响非常显著。而且全国相对落后的技术和设备、工人的素质较低,煤矿事故仍时有发生。在过去的十年中,随着现代科学技术的发展,煤矿的生产机械化及采掘一体化生产也得到了快速发展,使井下的火源点增加,增加了摩擦火花,不断增长的煤矿开采深度使瓦斯涌出量增加,瓦斯爆炸事故的可能性增大,都使得自然灾害的威胁在矿井出现,并表现得比较突出。在开采过程中,由于瓦斯涌出量大幅增加,很多煤矿从原来的低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井,原来没有瓦斯突出煤层变成瓦斯突出煤层存在[2]。此外,一些大型电力煤矿机械和设备(例如:刨煤器,采煤机,掘进机等)操作过程中产生的火花,也使得煤矿瓦斯爆炸事故的潜在危险大大增加[3]。煤矿掘进面是煤矿事故多发地点,事故和死亡人数占整个瓦斯事故的80%,据统计,在瓦斯爆炸中,约60%发生在矿井掘进面[4]。如何控制掘进工作面瓦斯爆炸事故是目前煤矿安全生产工作里很需要解决的问题。因此,我们就需要研究瓦斯爆炸危险源的组成,按照矿山危险源辨识理论来分析掘进面瓦斯爆炸危险源系统的结构性因素,并针对瓦斯爆炸事故的特点,应用事故树分析法对瓦斯爆炸事故发生的原因进行分析。由于我国大多数煤矿埋藏深度大,恶劣的开采条件、煤层赋存不稳定,地质构造较复杂,较高的瓦斯浓度等各种客观因素存在[5],煤矿安全生产形势依然严峻,煤炭面临的事故仍相当严重,造成的损失是极其痛苦的。因此,只有千方百计确保煤炭行业安全生产发展,才能使煤炭行业稳步的向前发展。1掘进面瓦斯爆炸事故危险源辨识从实际现场调查,并结合相关的参考文献分析,发现影响掘进工作面最大的是瓦斯爆炸,它直接关系到整个矿井的安全局势[6]。接下来,我们将影响掘进工作面瓦斯爆炸的各种危害和风险因素做一些详细的鉴定和分析,然后可以得到风2险评估的一个系统的指标体系。1.1矿井瓦斯矿井瓦斯是随着煤的变质程度和煤的形成伴随产生的,它是客观存在的。2011年7月煤矿瓦斯的《煤矿安全规程》的最新版本的定义是:矿井中主要由煤层气构成的以甲浣为主的有害气体,有时单独指甲烧[7]。矿井瓦斯是一种无色,无味,无臭的气体。在标准大气压下的瓦斯密度是0.716kg/m3,相对密度(即与空气比较而言)为0.554,比空气轻。因此,在煤矿,常在巷道的上部,上隅角,高处的地方,容易出现瓦斯积聚现象,但它是不容易发现。气体扩散速率为空气的1.34倍,很容易传播,一旦从煤(岩)释放将很快聚集到工作场所和巷道空间,这使得瓦斯变得更加难以管理。瓦斯微溶于水,是空气的1.6倍的渗透力,瓦斯本身既不助燃也不能维持人们呼吸,但是当达到一定浓度时,会发生瓦斯爆炸或瓦斯燃烧[8]。学习瓦斯的基本属性和特点,可以更深入地探讨,并更好地了解发生瓦斯爆炸瓦斯爆炸的过程和机理以及影响瓦斯爆炸的因素。瓦斯爆炸事故是煤矿的主要灾害之一[9],不仅会造成大量的人员伤亡,而且会严重破坏井下生产设施,中断煤矿生产。从本质上讲,瓦斯爆炸的机制是一定量的瓦斯(CH4)在高温火源作用下,并与空气中的氧气发生剧烈的化学反应,生成二氧化碳和水蒸气,同时释放出大量的热量,放出高温,高压的气体,以高速冲击力而产生向外的动力现象。爆炸过程中会产生高温高压气体,巨大的冲击力和响声,使巷道的人们受伤,支架和设备烧毁。因此,瓦斯爆炸拥有很严重的危害性和破坏性,为煤矿灾害之首。1.2事故发生影响因素分析大量的事故资料表明,瓦斯爆炸必须同时具备三个条件,即影响煤矿掘进面瓦斯爆炸事故发生的主要因素有[10]:1.2.1爆炸界限瓦斯爆炸,瓦斯本身必须在一定的浓度范围内,我们将在一个正常的大气环境,瓦斯和空气或氧气的混合气体遇火源发生爆炸的浓度称为爆炸界限[11]。在正常情况下,瓦斯在空气中的爆炸下限为5%至6%,14%至16%是爆炸上限。其含义是:当瓦斯的浓度为低于5%时,此时,由于在空气中的瓦斯含量过少,参与瓦斯爆炸的瓦斯浓度是不够的,则瓦斯遇火源时,是不会发生爆炸的,只会做短暂的燃烧后熄灭;当瓦斯浓度为9.5%,因为它发生完全的化学氧化反应,则爆炸威力是最大的;当瓦斯浓度在16%或更多时,由于此时的瓦斯浓度过高,相对而言,没有足够的氧气浓度,排挤氧气在空气中的含量,此时瓦斯不会燃烧,爆炸也不会发生。3掘进工作面的瓦斯浓度,与煤矿的地质构造(褶皱,断层构造等),煤矿开采深度,通风系统,煤(岩)层的瓦斯含量,掘进面风量分布等复杂动态因素等都有很大的关系。1.2.2高温火源井下异常出现和高温火源的存在,是引起掘进工作面瓦斯爆炸的必要条件之一。火源到达瓦斯的点燃温度的最低温度,在空气中就会引发瓦斯爆炸[12]。实验室的实验数据表明,瓦斯的引火温度(即瓦斯的最小点火温度)通常被认为是650℃〜750℃,但这个是不固定的范围,这将随着不同类型的点火源,瓦斯浓度的大小,混合气体的压力强度等而发生变化。同样,在引火温度相同时,较长的点火时间,较大的火源面积,瓦斯被点燃的越容易;当瓦斯浓度在7%至8%,最有可能被点燃;当混合气压力增大时,瓦斯引燃的所需的温度就会下降。在井下的违章明火作业,煤炭的自燃,电气设备发生故障产生的电气火花,防爆设施的失爆,爆破产生的火花,金属表面过热,撞击或摩擦产生的火花等能遇到的很大一部分火源都是引起瓦斯爆炸的危险隐患。所以,当在有瓦斯的矿矿井作业时,工人必须严格规范自己的行为,完全遵照《煤矿安全规程》的有关规定来执行相关的操作。1.2.3氧气浓度《煤矿安全规程》规定,在井下作业场所的氧气浓度不低于20%。在正常情况下,在瓦斯集聚区,只要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