掘进工作面瓦斯爆炸安全评价系统研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 掘进工作面瓦斯爆炸安全评价系统研究 姓名孙威 申请学位级别硕士 专业安全技术及工程 指导教师田水承;范公勤 论文题目掘进工作面瓦斯爆炸安全评价系统研究 专 业安全技术及工程 硕 士 生孙 威 （签名） 指导教师田水承 （签名） 范公勤 （签名） 摘 要 近年来，尽管我国煤矿瓦斯事故起数和死亡人数逐年下降，但煤矿瓦斯重特大事故 仍时有发生，在瓦斯爆炸事故中，约 60～70发生在掘进工作面。本文在掘进工作面 瓦斯爆炸危险源辨识的基础上， 建立瓦斯爆炸改进属性识别评价模型； 利用灰色 GM （1， 1）模型，实现瓦斯涌出量的预测。并将评价模型和预测模型进行程序设计，开发出掘 进工作面瓦斯爆炸评价系统软件。 首先，在掘进工作面瓦斯爆炸危险源辨识和事故树分析的基础上，全面分析了引起 掘进工作面瓦斯爆炸的危险因素， 并利用人-机-环-管分析方法建立了由 37 个指标构成 的掘进工作面瓦斯爆炸的安全评价指标体系。 其次，在建立的评价指标体系基础上，将灰色接近度概念引入属性识别模型中，避 免了置信度的主观因素，进而建立了一种改进的属性识别瓦斯爆炸安全评价模型。运用 该模型对掘进工作面进行评价，得出安全等级并提出相应的对策；利用灰色 GM（1，1） 模型，实现掘进工作面的瓦斯涌出量预测，并应用于某煤矿现场掘进工作面，通过前九 天瓦斯涌出量的实测数据预测出第十天的瓦斯涌出量。验证结果表明预测模型可信， 预测精度较高，结果符合实际要求。 最后，在评价模型和预测模型的基础上，利用 Python 编程语言开发出操作简单、 人机界面良好、功能较全面的掘进工作面瓦斯爆炸安全评价系统软件。该软件能实现对 掘进工作面瓦斯爆炸危险性进行安全评价和对瓦斯涌出量进行预测等主要功能。 关 键 词掘进面；瓦斯爆炸；安全评价；属性识别；灰色预测 研究类型应用研究 Subject Research on Risk uation System of Gas Explosion in Heading Face Specialty Safety Technology and Engineering Name Sun Wei （（Signature）） Instructor Tian Shuicheng （（Signature）） Fan Gongqin （（Signature）） ABSTRACT In recent years,although our country’s coal gas accidents and deaths are declining,coal gas major accidents still occurres frequently,and about 6070 gas explosion accidents occurred in heading face.Based on the hazard identification of gas explosion in heading face,an improving attribute recognition model of gas explosion safety uation is established.Applying the grey model GM1,1,gas flowing-volume is predicted.Meanwhile based on program design for uation model and prediction model,the uation system software of heading face gas explosion is developped. Firstly,based on the hazard identification of heading face gas explosion and accident tree analysis,the risk factors which cause the heading face gas explosion comprehensively are analyzed,and using people-machine-environment-management analysis ,the heading face gas explosion safety uation index system including 37 indicators is established. Secondly,based on the established uation index system,gray close degree concept is takede into attribute recognition model and avoide the subjective factors of confidence,and then built a kind of improving attribute recognition model of gas explosion safety uation.Using this model to uate heading face factors,safety levels is got and corresponding measures are put forward.Using the grey model GM1,1,the heading face gas flowing-volume prediction is realized,and the model is applied to a mine site,and the tenth day’s gas flow-volume is predicted through the nine days’measured data of gas flowing-volume.The results show that the prediction model was believable,the higher forecasting accuracy and the results accord with actual requirement. Finally,based on the uation model and prediction model,making use the Python programming language,a heading face gas explosion safety uation system software with simple operation,good human-machine interface,and more comprehensive function is developed.The software can realize safety uation for the heading face gas explosion hazard and predict the gas emission quantity and so on. Keywords Heading Face Gas Explosion Safety uation Attribute Recognition Gray Prediction Thesis Application Research 1 绪论 1 绪论 1.1 研究背景 煤炭是国民经济和社会发展的基础。 2010 年最新数据显示， 煤炭在我国一次能源生 产和消费结构中占 68.7，预计到 2050 年仍将占 50以上，因此，煤炭在相当长的时 期内仍将是我国的主要能源。我国煤矿主要是井工开采，生产条件与环境较为复杂，与 其它行业相比，煤矿安全生产形势较为严峻。对煤矿企业来说，安全是煤炭生产的头等 大事，安全对煤炭生产起着保障、支撑和推动作用。保障煤矿职工的生命安全和国家财 产安全是煤炭工业安全与可持续发展的前提， 煤矿安全生产形势的好坏直接关系到我国 国民经济的能源供给问题[1]。 尽管近年来我国煤炭行业的安全生产形势有所好转， 但重特大煤矿事故依然时有发 生，我国煤矿百万吨死亡率无论是与发达国家（如美国）相比还是与发展中国家（如印 度）相比都高出几倍至几十倍。如表 1.1 所示 表表 1.1 煤炭百万吨死亡率中外比较 人/百万吨 煤炭百万吨死亡率中外比较 人/百万吨 年份 国家 2005 2006 20072008 2009 中国 2.84 2.04 1.48 1.1820.892 美国 0.0210.0450.02 0.0250.023 印度 0.21 0.21 0.21 0.20 0.22 在这些煤矿事故中，瓦斯事故是最为严重的。通过国家安全生产监督管理总局政府 网站事故查询系统，将 2001 年至 2009 年全国煤矿瓦斯事故情况统计如图 1.1 所示 图 1.1 瓦斯事故死亡人数及所占比例 1 西安科技大学硕士学位论文 由图 1.1 可知，我国近年来瓦斯事故死亡人数虽然总体呈下降趋势，但从数据上看 基数 窑煤矿瓦 斯爆 矿井 1.2 研究意义 已成为危及煤矿员工生命安全的 最大 1.2.1 理论意义 立掘进面瓦斯爆炸安全评价指标体系，为 掘进 用于煤矿领域的评价，为煤矿安全评 价和 1.2.2 实践意义 模型简单化，将复杂的评价过程嵌于程序 的“ 安全生产管理、决策提供依据和建议，促使煤矿企 业坚 依然很大，瓦斯事故死亡人数占煤矿事故总死亡人数的比例依然很大。 其中，2007 年 12 月 5 日，山西省临汾市洪洞县瑞之源煤业有限公司原新 炸事故，死亡 105 人。2009 年 11 月 21 日，黑龙江龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿瓦 斯爆炸事故，死亡 108 人。像这样死亡百人以上的瓦斯爆炸事故时有发生，可见，我国 煤矿瓦斯防治形势依然严峻，瓦斯治理工作依然不能有丝毫怠慢，各种容易引发瓦斯爆 炸事故的不安全因素和隐患依然普遍存在。 煤矿瓦斯爆炸危险源的存在直接危及广大煤 矿职工的人身安全和煤矿企业的财产安全，因此，应加强对瓦斯事故危险源特别是瓦斯 爆炸危险源的研究，客观、科学地对瓦斯爆炸危险源进行辨识，并作出准确、合理地安 全评价，进而加强对煤矿瓦斯爆炸危险源的监管，使煤矿瓦斯爆炸风险减到最小程度。 由于瓦斯扩散性强，在井下任何地方都有发生瓦斯爆炸的可能，而掘进工作面更是 瓦斯爆炸事故多发地点，据统计，在瓦斯爆炸事故中，约 60～70发生在掘进工 作面。因而，有必要针对掘进面瓦斯爆炸危险源进行辨识与评价。 瓦斯爆炸事故具有极强的破坏力和巨大的危害性， 威胁。本文将在研究掘进面瓦斯爆炸危险源的基础上，对瓦斯爆炸危险源进行安全 评价，建立综合评价指标模型和瓦斯涌出量预测模型，并以这两种模型为基础进行程序 设计，开发出掘进面安全评价系统软件。该研究对煤矿瓦斯灾害的防治有着深远的理论 意义和实践意义。 （1）通过对瓦斯爆炸危险源的辨识，建 面瓦斯危险源的评价与控制提供决策依据。 （2）文中采用改进的属性识别模型可以广泛 事故控制提供方法和手段。 （1）评价系统的研究使评价模型和预测 黑匣子”当中，避免了人工进行大量的复杂运算，使评价过程具有高效性，以便煤 矿相关人员及时采取有效措施排除事故隐患。对瓦斯涌出量的预测，为提前对井下瓦斯 浓度进行有效控制提供决策依据。 （2）该研究可为煤矿企业进行 持“安全第一，预防为主”方针，能更好地指导有关部门加强安全生产工作，减少 2 1 绪论 伤亡事故发生，有利于实现“关口前移、重心下移” 。 （3）对加强煤矿瓦斯事故预防、管理和控制，提高工作效率和对突发事件的响应 速度 矿企业变事后处理为事前预测预防，变纵向单一管理为综合管理， 为煤 1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 全评价也叫风险评价或危险性评价，起源于 20 世纪 30 年代的保险行业[25]。虽 然保 研究小组对德军 1939 年至 1941 年间空袭 英国 劳动省参照道火灾爆炸评价法、蒙德指数评价法的思想，在 1976 年开发出了 “化 有重要意义。 （4）有利于煤 矿现代化、信息化、管控一体化的进一步研究作出一些有益的探索和尝试。 安 险业的安全评价与生产系统的安全评价目的不同， 但却为后续的产业安全管理和评 价工作指明了技术方向。安全评价有两类，一类是对企业安全工作的评价，一类是对企 业生产危险性的评价。第二次世界大战后，工业化进程加快，工业生产系统日趋大型化 和复杂化，尤其是化学工业，在生产规模和产品种类迅速发展的同时，生产过程中的火 灾、爆炸、有毒有害气体泄漏和扩散等重大事故不断发生，推动了对企业、装置、设施 和环境等安全评价工作的开展。20 世纪 60 年代进入了全面、系统地研究企业、装置和 设施的安全评价原理和方法的历史阶段[2]。 20 世纪 40 年代，Zuckerman 教授领导的 时造成的人员伤亡情况进行了全面调查，基于这些工作，系统思想被引入安全评价 领域。 1961 年， 美国 Watson 在研究民兵式导弹发射控制系统的安全性评价时提出了 FTA 方法，对以后的安全评价发展推动很大。1964 年，美国道化学公司开创了化工生产危险 度安全评价的历史。该公司根据化工企业使用原料的物理和化学性质、生产中的特殊危 险性， 考虑到具体工艺处理过程中一般性和特殊性之间的差别以及物体数量等因素的影 响，以火灾、爆炸指数形式评价化工生产系统的危险程度，形成了经典的道火灾爆炸指 数评价方法[3]。道化学公司的火灾爆炸指数法推出后，各国都对其进行了积极的研究和 开发，极大地推动了该项技术的迅速发展，并在此基础上提出了一些独具特色的评价方 法[4]。1974 年英国帝国化学公司蒙德分公司在吸取道化学公司评价方法优点的基础上， 根据化学工业的特点，提出了蒙德公司火灾、爆炸、毒性指数评价方法。该方法是在道 化学火灾爆炸指数的基础上扩充了毒物危险因素， 考虑了系统中影响安全状态的其他因 素，并以补偿系数的形式引入到评价模型的结构之中，从原理上比同期的道指数评价更 完善。 日本 学工厂六步骤安全评价法”[5]，这种方法除对评价的程序和内容做了进一步的完善 以外，其定量评价通过把装置分成工序、再分成单元，根据具体情况给单元的危险指标 3 西安科技大学硕士学位论文 赋以危险程度指标值，以其中最大危险程度作为本工序的危险程度；在分析阶段引入了 系统工程的有关技术，使分析过程比以前的方法更全面、更系统。前苏联提出了苏联化 工过程危险性评价法[6]。 上述方法均为指数法，主要是从化工企业评价发展起来的。在评价原理上无实质变 化， 、 航空和核工业等高技术的迅速发展， 以概率安全评价 （PRA） 为代 随着其他行业安全评价技术的发展而逐步建立起来的， 无论 协会制定的优良可劣评价法开始对煤矿企业安全状况进行评价， 并制 中使用的矿山工程安全评价方法开始在煤矿企业 应用 使用 共体 1982 年颁布了关于工业活动中重大危险源的指令 ，欧共体成员国陆续制 仍然遵循道化学公司以系统内危险和危险能量为评价对象的原则，这些方法仍然在 不断的发展和完善之中。 60 年代后期， 随着航天 表的系统安全评价技术得到了研究和开发， 并在工业发达国家的许多项目中得到了 广泛的应用，随之，又开发出一系列以概率论为理论基础的有特色的安全评价方法，最 常用的有人员可靠性分析（HRA） 、故障树分析法（FTA） 、事件树分析法（ETA） 、危险 与可操作性研究（HAZOP） 、预先危险性分析（PHA） 、管理失效与风险分析（MORT） 等。 在 1984 年印度博帕尔特大毒气外泄事故和 1986 年前苏联切尔诺贝利核泄漏事故之 后，人们对安全问题有了更深入的认识，各研究机构都对安全评价进行了深入且广泛的 研究，并开发了相关软件[7]。 国外煤炭工业的安全评价是 是研究还是应用的深度与广度，都不如核工业、化工、航天及航空等领域，其主要 经历以下几个阶段 1974 年由英国化工 定了企业安全活动评价标准 ，把煤矿的组织管理、安全操作规程、工作人员的 选用、灾害事故处理计划等生产活动定性地划分为优、良、可和劣四个等级，依据被评 价矿井生产现状作出定性的评价[7]。 1976 年在日本隧道工程安全评价 并得到了发展。矿山工程安全评价方法是对各主要危险源分别给出不同的评价函 数，根据具体情况确定评价函数中评价因子的取值，然后计算评价函数的函数值，最后 根据函数值的大小进行危险性分级，并采取适当的防范措施[8]。该方法把煤矿中瓦斯、 水、火和顶板作为评价指标，建立瓦斯爆炸评价函数、水灾评价函数、火灾评价函数和 冒顶评价函数，根据四个评价函数的得分，并对照危险性分级表确定矿井的危险等级。 1977 年美国颁布联邦矿山安全与健康法 ，内容以“井下煤矿法定安全暂行标准 范围”为主，包括了煤矿的详细检查标准从设计到施工、从开工到报废、从地面 到井下、采煤、掘进、通风、瓦斯、煤尘、防火、治水和环保等。此外，各州政府还根 据各自情况，制定了本州的法规作为补充，加强了对煤矿的检查力度[8]。法制化的轨道 使煤矿安全状况明显改善。进入 90 年代，美国的煤矿事故继续减少，保持世界最好水 平。 欧 4 1 绪论 定了 为基 主要集中在以下几个方面 事故 职业病、死亡、重伤、轻伤以及与 其它 安全评价工作中得到较大范围的推广和应用。 应 用这 展。 在安全评价的系统理论和方法发 展的 相应的法律；国际劳工组织（ILO）也先后公布了 1988 年的重大事故控制指南 、 1990年的 重大工业事故预防实用规程 ， 这些法规都对安全评价提出了严格的要求[9,10]。 随着现代科技的迅速发展，特别是数学方法和计算机科学技术的发展，以模糊数学 础的安全评价方法得到了发展和投入应用，并拓展了原有的方法和应用范围，如模 糊故障树分析、模糊概率法等[11,12]。应用计算机专家系统、决策支持系统、人工神经网 络技术，对生产系统进行实时、动态的安全评价等[13]。 目前国外在煤炭工业安全评价领域的研究和应用开发 ①矿山安全评价主要以概率安全评价为基础[14,15]，就是把矿井生产系统中隐患导致 的概率与隐患造成的损害经过统计数据获得。 其它的安全评价方法有 R.V.罗曼尼教 授提出的以韦布尔分布确定事故平均周期、每天的危险率、安全性指数法；澳大利亚的 A.R.格林提出的煤矿操作安全评价法；波兰 M.费利卫皮提出的以人-机为主的安全评价 和灾害预测方法以及日本的隧道安全评价方法等。 ②在伤亡事故统计方面，建立了包括损失时间、 因素相关的工伤数据库等， 其中有代表性的是美国宾夕法尼亚州 R.V.罗曼尼教授所 研究的评价危险和安全工伤事故类型分析，工种和工伤源分析，致伤的身体部位、致伤 的程度、可靠性分析和经济分析等。 ③数据库与计算机技术在生产系统 些技术实现对评价对象的客观存在属性、危险物质的物理化学指标数据，系统运行 过程状态的历史数据，系统已有的灾变种类、原因、发展态势及发生过程等有效数据的 计算管理，为准确地确定评价过程中的有关参数、合理地推测系统可能的危险灾害模式 及其存在形态提供了现代化的技术手段。 人工智能技术和安全评价技术的结合使得安全 评价过程的判断、推理和边界条件的确定成为可能，为建立新的安全评价方法结构体系 创造了有利条件，对安全评价技术手段而言，这无疑是一场新的技术革命。如 1982 年 英国 TECHNICLTD 公司开发完成的易燃、易爆、毒性物质评价软件包，到 1991 年有 25 个子系统运行成功，其中含 12 类事故模型。 ④安全评价过程的局部关键技术得到了较快发 同时，局部关键技术开发得到了足够的重视。如在可靠性理论研究过程中研究了系 统及元件失效概率的估计问题，以及可供矿井生产系统安全性评价借鉴的概率估计方 法，充分利用了人类积累的经验与系统的客观过程。 5 西安科技大学硕士学位论文 1.3.2 国内研究现状 20 世纪 80 年代初期，安全系统工程引入我国，受到许多大中型企业和行业管理部 门的高度重视。通过翻译、消化、吸收国外安全检查表和安全分析方法，我国机械、冶 金、化工、航空、航天等行业的有关企业开始应用简单的安全分析、评价方法[16,17]。 1988 年， 原劳动部颁发的 关于生产性建设工程项目职业安全卫生监察的暂行规定 （劳字[1988]48 号）首次对建设项目提出了进行职业安全卫生评价的要求；1996 年，又 具体规定了 6 类建设项目必须进行安全卫生预评价；1999 年，原国家经贸委发出了关 于对建设项目（工程）劳动安全卫生预评价单位进行资格认可的通知 ，开始了对安全 评价机构资质的依法监管。2002 年，国家安全生产监督管理局颁布了关于加强安全评 价机构管理的意见 ，该文件承接并延续、发展了原国家经贸委开展起来的建设项目劳 动安全卫生预评价工作，明确了安全评价的概念，并把“三同时”规定的单一预评价扩 展为安全预评价、安全验收评价、安全现状综合评价和专项安全评价 4 种类型，覆盖了 建设项目（工程） 、系统的全部生命周期，适应了安全生产工作的需要。随后，国家安 全生产监督管理局组织国内各方面专家，在建设项目（工程）劳动安全卫生预评价指 南的基础上重新编写出版了安全评价一书并广泛发行。 2003 年 3 月 31 日，国家安全生产监督管理局颁发了安全评价通则 （安监管技装 字[2003]37 号） ，此后陆续颁布了安全预评价导则 、 安全验收评价导则 、 煤矿安 全评价导则等 10 余项安全评价技术导则，安全评价技术规范体系逐步形成。2004 年 10 月 20 日，国家安全生产监督管理局颁布了第 13 号令安全评价机构管理规定 ，规 范了安全评价机构资质审批、颁发程序及相应的安全评价工作范围。2005 年， 安全评 价人员资格登记管理规则 、 安全评价机构考核管理规则 、 安全评价过程控制文件编 写指南 、 中介服务收费管理办法 、 安全评价人员考试申请表 、 安全评价人员考试 管理办法（试行） 和安全评价人员考试要点（试行） 等工作和管理文件的颁布与实 施，使安全评价的管理和工作程序逐步规范。 煤炭工业是我国安全问题最严重的行业之一，安全问题一直未得到根本性的解决， 安全管理和评价研究与其它行业，特别是冶金、航空以及核工业相比，虽然时间上几乎 同步，但研究的规模、深入程度要明显落后。1982 年，原煤炭工业部制定了矿井通风 质量标准及检查评定办法 ，作为矿井通风安全管理部门的检查标准；1986 年，原煤炭 工业部又制定了生产矿井质量标准化标准 ，后又于 1994 年进行了修订，作为行业标 准施行，内容包括开采、通风、运输、瓦斯、掘进，是目前煤矿使用最多的评价标准。 这些标准的实施重点主要集中在煤炭工业企业的质量管理方面， 没有形成独立开展系统 安全评价理论和应用的体系。 煤矿安全规程则是带有法规性和强制性的执行型法规 文件，强调矿井生产系统各因素的结果控制。对于系统安全管理过程中各子系统及因素 6 1 绪论 的评价和分析以及综合的危险状态的确定， 特别是煤矿井下生产系统的安全评价方面有 了一些基础性的研究。2010 年 1 月 21 日，国家安全生产监督管理总局对此上述规程进 行了修改并公布，自 3 月 1 日起实施。 目前，煤炭行业虽然对安全采取了各种有效的技术和管理措施，应用了已有的安全 检查表、质量标准化检查表以及安全系统工程的理论和方法，提高了安全管理和评价的 科技水平。但是，由于历史原因、政策环境以及煤炭行业内部存在的问题，煤矿安全评 价技术含量不高，大多数矿井没有应用计算机实现安全信息管理，而且缺乏有效、实用 的评价软件，使得安全评价方法在矿井安全管理过程中受到了较大的限制。2002 年 11 月 1 日实施的中华人民共和国安全生产法中对安全评价做出规定，才使煤矿安全评 价研究与应用走入正轨。 在我国煤矿领域，安全评价的研究与实践属起步阶段，但随着近年来与国外相关研 究机构的交流，也己经开展了一些这方面的研究工作，并取得了一定成果。 许满贵 （2006 年） 综合模糊数学和神经网络技术的优点建立了煤矿安全评价的模糊 神经网络模型，增强了对不确性指标的表达能力，使评价模型具有更强的自学习、并行 计算、 全局寻优和复杂数据的处理能力， 得出一套符合煤矿生产系统特点的动态 （变权） 安全评价和预测技术、方法[18]。 田水承、李华等人（2005 年）应用 BP 神经网络安全评价方法对具体的掘进面进行 了安全评价，得出了安全评价等级。神经网络安全评价方法，能够实现动态、静态的安 全评价，对提高安全评价技术水平具有现实的意义[19]。 孙斌（2005 年）基于安全工程学原理和现场调研，针对矿井瓦斯防治现状，提出瓦 斯固有危险源概念，采用瓦斯涌出量、风量、瓦斯浓度等参数，运用灰色关联分析实例 分析巷道瓦斯危险源风险程度，对现场防治瓦斯爆炸有一定参考价值[20]。 田水承、王莉（2006 年）根据危险源理论和三类危险源的观点，将集对分析方法应 用于某煤矿瓦斯危险源安全评价，计算简单，结果精确、可靠[21]。 曹树刚等（2006 年）应用模糊数学综合评价方法建立了相应的数学评价模型，对矿 井瓦斯爆炸危险源进行动态安全评价，确定了矿井发生事故的危险等级，并应用实例验 证了安全评价模型的合理性[22]。 张爱然（2008 年）通过简化易燃、易爆、有毒重大危险源评价模型，确定了网络的 输入参数，应用模糊神经网络对各参数之间的关系进行计算，并对该网络模型在评价煤 矿瓦斯爆炸危险性方面的应用效果进行验证，验证效果良好[23]。 李华等（2008 年）依据属性识别理论中有关属性集、属性测度、有序分割类等基本 概念和置信度准则，建立了掘进面瓦斯爆炸危险源综合评价的属性识别模型，并应用于 掘进面实例，表明属性识别理论对于解决综合评价问题是客观、合理和可行的[24]。 孙叔亮（2009 年）针对煤矿掘进工作面影响瓦斯爆炸的因素，基于评价指标的选取 7 西安科技大学硕士学位论文 原则，建立了掘进工作面瓦斯爆炸危险性的多级多层次评价指标集，并用层次分析法确 定了各评价因素的权重，模糊评价模型对某矿进行评价，得到安全等级[25]。 1.3.3 存在的问题及本研究的出发点 综上所述， 目前对于煤矿瓦斯爆炸安全评价的领域知识和关键技术的研究已经取得 了一定的研究成果，但在研究深度上依然有待于提高，主要存在以下迫切需要解决的问 题 （1）目前对煤矿瓦斯爆炸采用的安全评价方法并未统一，方法研究并不成熟，存 在一些主观性缺陷，有待于进一步改进。 （2）目前对煤矿瓦斯爆炸安全评价的研究大多是在建立评价指标体系的基础上， 采用某种数学模型对煤矿现场瓦斯风险进行评价，评价模型一般计算量较大，在解决实 际问题时效率不高。在评价模型的基础上开发相应的评价软件能很好的解决这一问题， 但目前对瓦斯爆炸评价软件的研究较少。 本文在前人研究的基础上，对掘进面瓦斯爆炸危险源进行辨识，试图寻找一种较为 科学、合理的评价方法建立评价模型，尽量减小其主观性影响，并在此基础上开发出掘 进面瓦斯爆炸安全评价系统软件，使评价工作更加直观、高效。 1.4 研究内容和技术路线 1.4.1 研究内容 本课题的研究内容可总体分为以下几个方面 （1）简要阐述了危险源基本理论，包括危险源的概念及其分类。阐述了危险源系 统的结构，分析了瓦斯爆炸危险源系统的性质。根据危险源辨识的一般方法，分析煤矿 瓦斯爆炸危险源的辨识方法。结合危险源和安全评价理论，基于评价过程操作合理性、 科学性、系统性原则，整理归纳了煤矿瓦斯爆炸评价流程。 （2）阐述了瓦斯爆炸的机理及危害，更加突出了对瓦斯爆炸危险源进行辨识的重 要性。通过对掘进面瓦斯爆炸的三类危险源分析和事故树分析，得出影响掘进面瓦斯爆 炸的危险因素，总结出掘进面瓦斯爆炸的原因。遵循掘进面瓦斯爆炸安全评价指标体系 的设计原则，从人-机-环境-管理角度对评价指标进行分类和选取，最终确定了掘进面瓦 斯爆炸危险源安全评价的指标体系。 （3）将灰色接近度概念与属性识别理论相结合，建立了改进属性识别评价模型， 并将该模型应用于某现场掘进面，得出评价结果并提出相应对策；考虑到瓦斯涌出量对 掘进面瓦斯爆炸的重大影响，建立掘进面瓦斯涌出量灰色 GM（1，1）模型，完善掘进 面瓦斯爆炸的安全评价。 8 1 绪论 （4）以建立的改进属性识别评价模型和灰色 GM（1，1）预测模型为基础，采用 Python 语言编程将其软件化，开发出具备结构清晰，调试容易，易维护和执行效率较高 等特点的掘进面瓦斯爆炸安全评价系统软件。 1.4.2 技术路线 本文的技术路线如图 1.2 所示 掘进面瓦斯爆炸原因分析 掘进面瓦斯爆炸三类危险源分析 掘进面瓦斯爆炸安全评价指标体系的建立 掘进面瓦斯 爆炸安全评 价属性识别 模型的建立 掘进面瓦斯 涌出量灰色 预测模型的 建立 掘进面瓦斯爆炸安全评价系统的开发 灰色接近度 掘进面瓦斯爆炸安全评价指标的分类与分层 危险因素人-机-环-管分析 GM（1，1）模型 Python 语言编程 掘进面瓦斯爆炸事故树分析 结论与展望 危险源辨识理论与方法研究 图 1.2 本文的技术路线图 9 西安科技大学硕士学位论文 2 煤矿瓦斯爆炸危险源辨识理论与方法 危险源辨识是系统安全的关键和基础，是确保系统安全的前提，也是对系统进行安 全评价的第一步。它能够客观、科学的分析系统中的危险因素，特别是确定复杂系统的 多个难于确定的危险因素，与其它方法相比显得更加有效。 2.1 危险源理论 2.1.1 危险源的概念 近年来， 由于各类重大事故频繁发生， 预防和控制事故也成为各国广泛关注的对象， 与此同时，伴随出现了“危险源（Hazard） ” ， “重大危险源（Major Hazard） ”等概念。 目前，学术界对危险源概念的界定尚未形成统一的观点，具有代表性的观点主要有以下 几种 （1）W.哈默（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、潜在的不安全因素[26]。危险源具有“潜在的”和“能导致事故”两个重要属性。 （2）危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的、在一定的触发因素 作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。危险源是能量、 危险物质集中的核心，是能量从那里传出来或爆发的地方[27]。这种对危险源概念的描述 使用的是更贴近实际生产活动的语言，内容不够全面，且未揭露其本质。 （3）危险源是导致伤害、损害或危害的潜在因素（A Hazard is the Potential for Harm） 。实际上，危险源经常与状态（条件、情形或环境）和活动相关联，如果得不到 控制或有效控制就会导致伤害、疾病、财产损失或环境破坏（即事故后果） 。该危险源 概念与（1）的含义相近，对其存在条件及对控制的需求进行补充说明，但它仍停留在 对危险源的基本属性的界定，未涉及对危险源施加控制的环节。 （4）危险源是可能导致伤害或疾病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的 根源或状态[28]。 “根源”译自英文单词 Source； “状态”译自英文单词 Situation，该英文 单词还可译为情形、境遇、形势、状况、事态等相似或相近的中文词义。鉴于此，有些 学者将 Hazard 称为 “危险点源” ， 是将 Hazard 的含义过于简单化和狭义化。 在此基础上， 有些学者将危险源进一步划分为“根源危险源”和“状态危险源”两类。根源危险源是 指能量或危险物质（包括能量或危险物质的载体） ；状态危险源通常是针对特定的根源 危险源而言的，也就是说，某些条件或状态（或情形、境遇、形势、状况） ，可能会使 特定的根源危险源发生能量或危险物质的异常转移， 并可能最终导致事故或未遂事件的 发生。例如，人在某些情形因缺氧窒息也可按上述原理解释。 10 2 煤矿瓦斯爆炸危险源辨识理论与方法 （5）危险源是产生事故或安全问题的根源，包括危险因素和有害因素，有时也叫 隐患。危险因素指能对人造成伤亡或对物造成突发性损坏的因素；有害因素指能影响人 的身体健康，导致疾病，或对物造成慢性损坏的因素；隐患（Hidden Peril）指隐藏的祸 患，事故隐患即隐藏的、可能导致事故的祸患。隐患是一个在长期工作实践中人们形成 的通俗性用语，一般是指那些有明显缺陷的事物。危险源的含义非常广泛，它可以是物 质性的，有确定的物理位置；也可以是意识上的，没有确定的物理位置，可能存在于人 们（如企业管理层、员工）的思想上。管理安排不当、违章指挥、缺乏安全意识、培训 不充分等都可以看作危险源。因此，可将危险源分为物质性和非物质性两大类，但这种 分类法只反映了危险源的存在形式[29]。 根据上述对危险源的观点以及安全和危险的概念， 本文认为危险源是指存在于生产 系统中，在一定的条件下，由于人的管理、组织、控制、决策等因素的影响，物质意外 产生和释放能量造成人身伤害、职业危害、设备、财产损失以及环境破坏的各种危险因 素。考虑人的危险因素对生产的影响，有利于完善安全法律法规、安全监察、管理制度， 更有利于彻底分析危险源产生的内在原因。 2.1.2 危险源的分类 就目前情况来看，主流的危险源分类方法主要有以下几种 （1）根源危险源和状态危险源。 （2）固有型危险源和触发型危险源。 生产系统的危险状态源于系统中客观存在的、导致事故发生的各种能量，当能量的 安全存在条件遭到破坏时，系统就处于危险状态，并具有较大的事故发生可能性。把生 产系统中客观存在的各种载有能量的物质称为固有型危险源， 它们是系统存在危险和事 故的内因，是造成灾害的物质性决定因素。把固有型危险源正常存在的条件遭到破坏的 各种硬件和软件保障、系统故障称为触发型危险源。固有型危险源涉及到本质安全化问 题，其控制更多地依赖于技术、工艺水平。触发型危险源是引发固有型危险源能量失控 的外在因素，是危险源监控管理的主要对象[30,31]。 （3）固有危险源和人为危险源。 把生产系统中客观存在的危险源分为固有型危险源和人为危险源（也称动态危险 源）[32]。人为危险源是指由于人的不安全行为而诱发的一种危险状态；而固有危险源则 是指产生固有危险的各种物质。对人为危险源可以通过提高人的安全素质加以控制；而 对固有危险源则要通过采取各种有效的安全技术措施才能得到控制。 （4）物质性危险源和非物质性危险源。 （5）第一类危险源和第二类危险源。 （6）第一类危险源、第二类危险源和第三类危险源。 11 西安科技大学硕士学位论文 关于第（1） 、 （4）种分类方法在前一小节已经做了阐述，这里我们重点讨论目前应 用最广泛的第（5） 、 （6）两种危险源分类方法。 两类危险源