金堆城露天矿穿孔作业危险性分析

张建华 李栋朋 李泽安 黄 刚 吴 浩

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.武汉城市建设投资开发集团有限公司，湖北 武汉 430050)

我国露天矿山数量众多，露天矿的矿石产量占总矿石产量的50%，与地下矿山相比，露天矿山的生产规模一般都比较大[1]。穿孔作业是露天矿山开采的重要环节，穿孔作业完成的质量好坏，对于后续的爆破、铲装、运输等工序有着十分巨大的影响。目前，随着科学技术的发展和GNSS技术的普及应用，牙轮钻机的更新换代迅速，国外先进牙轮钻机已基本实现数字化辅助穿孔爆破[2]。但由于矿山环境和工况的复杂性，穿孔作业过程中存在着较多的危险因素，不仅涉及到设备，还涉及到作业环境、人员等。若人—机—环境失调，就可能会产生中毒、灼烫、污染等事故，而且会造成设备损坏，导致意外伤亡事故、环境污染和重大的经济损失[3]。如紫金山金矿由于露采台阶失稳，造成设备掉落，引起巨大经济损失，所幸工作人员及时撤离，无人员伤亡。因此，对露天矿山数字化穿孔作业进行危险性评价是十分重要的。

1 危险性评价的方法

常见的分析评价方法主要有故障类型及影响分析(FMEA)，事故树分析(ATA)，作业条件危险性评价法(LEC)，预先危险性分析(PHA)，改进的作业条件危险性评价法(MES)等[4-6]。其中，LEC法由K F 金尼和K J 格雷厄姆提出，可以对作业环境中的潜在危险进行半定量评价与分级[7]。构成该方法的3个指标分别为L(发生事故的可能性)，E(人员在危险环境暴露的频繁程度)，C(后果危险性)。通过3个因素的得分相乘之后得到总分，进而对于安全状况进行分级。LEC法3个因素的取值主观性较大，并且不能够用来全面系统考虑伤害事故发生的因素[8]。于是，我国安全领域专家宋大成在2002年提出了MES法对LEC法进行了改进，其考虑危险源是否存在控制措施，将危险源危险性定义为控制措施的状态、人体暴露于危险环境的频繁程度以及事故后果三者的乘积，然后根据不同的值进行分级。

预先危险性分析(PHA)是在生产活动开始之前，对系统存在的各种危险因素、出现的条件及导致的事故后果进行宏观分析，找出系统中的危险物质或者不安全状态并确定危险等级，进而根据不同的危险等级提出相应的控制和预防措施，因此也被称为初始危险分析[9]。该方法简单、有效、易于实施。

对于复杂的矿山穿孔作业(作业条件差，现场工况复杂，容易发生打击、灼烫、坠落等事故，而且事故一旦发生，造成的损失一般比较严重)，只使用单一评价方法难以全面评价穿孔作业的危险性，因此需要使用更加全面、综合的方法。

2 PHA-MES危险性评价法

2.1 评价原理和方法

PHA-MES法是结合了PHA法和MES法的预先潜在危险分析和危险性定量分级的优势，使二者互相补充，共同构建起一套完整的危险性评价方法。其首先利用PHA法对于系统进行预先危险性分析，确定系统中的危险因素、触发事件以及事故后果，然后利用MES法根据人员暴露于危险状态的频繁程度、危险发生的后果严重性以及控制措施的状态对于危险程度进行定量计算，得到特定条件下的危险性得分，进而对于危险性进行分级，再根据不同的危险等级提出有针对性的防范措施[10]。

PHA-MES法的实质是利用MES法的危险程度分级的定量计算替换了PHA法中的危险等级的定性分析，其分析方法是以表格方式进行(见表1)。

表1 PHA-MES危险性评价

2.2 评价步骤

对于作业流程、作业环境、作业人员操作条件等进行全方位的了解，根据以往发现的事故隐患和经验，尽可能周密、详尽、不发生遗漏地找出工程系统的潜在危险和有害因素[11]。

(1)发生人身伤害的可能性主要由人员在危险状态下暴露的频率E和控制措施的状态M决定[12]。根据MES法的计算公式：

R=M×E×S,

(1)

式中，R为风险度，S为后果严重性。M、E、S各项的分值确定分别参照表2，表3，表4。

(2)按照计算出的风险度R对危险等级进行划分。划分标准参考表5。

(3)根据PHA分析的事故情况以及MES评价法的危险等级划分，针对不同等级的危险，提出相应的防范措施。

表2 控制措施相应状态对应的分值

表3 暴露程度分值

表4 事故后果严重性分值

表5 分级标准

3 案例分析

3.1 金堆城露天钼矿数字化辅助穿孔作业简介

金堆城露天矿(如图1)位于陕西华阴市金堆镇内，年开采量约1 700万t，供矿量在1 000万t左右。其地理坐标为东经109°54′45″～109°59′15″，北纬34°18′50″～34°20′40″，该矿床采用露天分期的方式进行开采，于1966年正式投产，先进行北露天开采，随后南露天，目前已形成全露天开采，矿山开采设计年限为100 a[13-14]。目前,该矿山已经在YZ-35型牙轮钻机上实现了数字化辅助穿孔爆破(如图2)。其原理如下：首先，依托矿区综合平面图和采场分区图，使用爆破设计软件设计起爆网络图；然后将各孔位坐标上传到系统中，牙轮钻机通过运用GNSS系统根据孔位坐标精确定位孔位，实现自动寻孔；最后在穿孔过程中对超深和垂直度进行控制，并对实际操作执行状态、运行轨迹、钻孔施工位置进行实时连续的记录和存储，实现对穿孔质量的全方位数字化实时控制。

图1 金堆城露天矿全貌

图2 金堆城数字化穿孔作业

3.2 数字化辅助穿孔作业危险源辨识

危险源是可能引起人员伤害或职业疾病、财物损失、工作环境破坏或这些情况组合的根源或状态[15]。因而，在对于系统进行危险性评价时，首先应完成对系统的危险源进行辨识。依据数字化辅助穿孔作业的工作特点，从牙轮钻机设备、作业过程的危险物质、作业环境3个方面对其进行了危险源辨识工作。通过危险源辨识和预先事故分析，识别出了以下危险源，见表6。

3.3 数字化辅助穿孔作业危险性评价

依据PHA-MES法的危险性评价步骤，对数字化辅助穿孔作业的危险性评价结果如表7所示，其中,①炸药、钻机作业平台危险级别达到Ⅰ级；②粉尘、有毒气体、履带等9种危险源危险级别达到Ⅱ级；③维修时遗留的维修工具或其它物体属于Ⅲ级危险源；④润滑剂，电动机，钻架等6种属于Ⅳ级危险源；⑤电池属于Ⅴ级危险源；⑥在所有危险源中，作业平台分值最高，达到240分，危险性最大，电池分值最低，危险性相对较小。

4 结 论

(1)在我国露天矿山发展迅速的同时，危险源识别和管控的水平仍相对滞后。因此在进行危险性评价时，应结合具体行业和企业生产特点选择合适的评价方法。穿孔作业的复杂性决定了使用单一的危险性评价方法是不能满足需求的。

(2)利用PHA-MES法，可以充分结合预先危险性分析和改进的作业条件危险性评价法的优势，对金堆城露天钼矿数字化辅助牙轮钻机穿孔作业危险性分析证明了将PHA-MES法应用于露天矿数字化辅助穿孔作业是比较全面、有效、符合客观实际的。

表7 露天矿穿孔作业PHA-MES危险性分析

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表6 穿孔作业事故隐患

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