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金堆城露天矿穿孔作业危险性分析
2018-03-30
随着数字化矿山的普及,数字化穿孔作业在国内部分大型矿山已经得到了实现,但是由于露天矿山生产一直以来都是高危险性行业,且基于矿山穿孔作业恶劣的作业环境,故有必要对其进行危险性分析。由于穿孔作业危险性复杂多样,故采用预先危险性分析和改进的作业条件危险性评价方法(PHA-MES)对金堆城数字化穿孔作业进行危险性评价,得出了数字化穿孔作业过程中各个危险源及其危险程度,进而提出了相应的控制措施。通过对金堆城露天钼矿数字化穿孔作业的实例分析表明,利用PHA-MES 法,能够深入、全面、客观的分析系统中的危险因素,对露天矿山数字化穿孔作业的危险源管控提供了参考。
Series No. 501ꢀ Marchꢀ 2018 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 总第 501期 METAL MINE 2018 年第 3 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金堆城露天矿穿孔作业危险性分析 1 1 2 1 1 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) 摘ꢀ 要ꢀ 随着数字化矿山的普及,数字化穿孔作业在国内部分大型矿山已经得到了实现,但是由于露天矿山生 产一直以来都是高危险性行业,且基于矿山穿孔作业恶劣的作业环境,故有必要对其进行危险性分析。 由于穿孔作 业危险性复杂多样,故采用预先危险性分析和改进的作业条件危险性评价方法(PHAꢁMES)对金堆城数字化穿孔作 业进行危险性评价,得出了数字化穿孔作业过程中各个危险源及其危险程度,进而提出了相应的控制措施。 通过对 金堆城露天钼矿数字化穿孔作业的实例分析表明,利用 PHAꢁMES 法,能够深入、全面、客观的分析系统中的危险因 素,对露天矿山数字化穿孔作业的危险源管控提供了参考。 关键词ꢀ 露天矿ꢀ 穿孔作业ꢀ PHAꢁMESꢀ 危险性ꢀ 评价ꢀ 措施 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ X936ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2018)-03-173-05 ꢀ DOIꢀ 10. 19614 / j. cnki. jsks. 201803032 ꢀ Risk Assessment for Perforation Operation of Jinduicheng Open-pit Mine 1 1 2 1 1 Zhang Jianhua ꢀ Li Dongpeng ꢀ Li Ze′an ꢀ Huang Gang ꢀ Wu Hao ( 1. School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China; 2. Wuhan Urban Construction Investment and Development Group Co. ,Ltd. ,Wuhan 430050,China) Abstractꢀ Digital perforation work is commonly used in some large-scale domestic mines with the popularity of digital mining. Due to the harsh work environment in surface mine,and high-risk in mining production,it is necessary to analyze the risk of digital perforation work. Since there are various and complicated risk in perforation work,a combined method of PHA ( Prelim Hazard Analysis) with MES(Measurement Exposure Sequence)for risk assessment (PHA-MES) was used to evaluate the risk in digitizing perforation work,and each risk source and its level were obtained. Based on this,some corresponding measures to avoid the risk were proposed. The case study in Jinduicheng open-pit molybdenum showed that PHA-MES method can comprehensively and objectively analyze the risk factors in the system in-depth. It provides a reference for the hazard con- trol of the digital perforation operation in opencast mine. Keywordsꢀ Open-pit mine,Perforation operation,PHA-MES,Risk,Assessment,Measurement ꢀ ꢀ 我国露天矿山数量众多,露天矿的矿石产量占总 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 矿石产量的 50% ,与地下矿山相比,露天矿山的生产 [ 1] [3] 规模一般都比较大 。 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 染和重大的经济损失 。 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。 1ꢀ 危险性评价的方法 [ 2] 字化辅助穿孔爆破 。 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— 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 收稿日期ꢀ 2018-01-28 基金项目ꢀ 中央高校基本科研业务费专项(编号:2017IVA048)。 作者简介ꢀ 张建华(1963—),男,教授,博士,博士研究生导师。 · 173· 总第 501 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年第 3 期 [ 4-6] 。 其中,LEC 法由 K F 件危险性评价法(MES) 等 分级的定量计算替换了 PHA 法中的危险等级的定性 金尼和 K J 格雷厄姆提出,可以对作业环境中的潜在 分析,其分析方法是以表格方式进行(见表 1)。 表 1ꢀ PHAꢁMES 危险性评价 [ 7] 危险进行半定量评价与分级 。 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 Table 1ꢀ PHA-MES risk assessment 引发 事件 事故 情况 事故 后果 危险程度 防范 危险源 M E S R 等级 措施 ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ ︙ 2 . 2ꢀ 评价步骤 对于作业流程、作业环境、作业人员操作条件等 [ 8] 能够用来全面系统考虑伤害事故发生的因素 。 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。 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 [ 11] 。 潜在危险和有害因素 ( 1)发生人身伤害的可能性主要由人员在危险 [12] 状态下暴露的频率 E 和控制措施的状态 M 决定 。 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 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 [ 9] 危险分析 。 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。 ( 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 2ꢀ 控制措施相应状态对应的分值 Table 2ꢀ Corresponding score for control measures 2 2 ꢀ PHAꢁMES 危险性评价法 . 1ꢀ 评价原理和方法 控制措施的状态 分数值(M) 无控制措施 有减轻后果的应急措施 有预防措施 5 3 1 PHAꢁMES 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 表 3ꢀ 暴露程度分值 Table 3ꢀ Exposure level score 人体暴露于危险环境的频繁程度 分数值(E) 连续暴露 每天工作时间暴露 每周一次或偶然暴露 每月一次暴露 10 6 3 2 每年几次暴露 1 [ 10] 出有针对性的防范措施 PHAꢁMES 法的实质是利用 MES 法的危险程度 。 表 4ꢀ 事故后果严重性分值 Table 4ꢀ Corresponding score for the accident seriousness 伤ꢀ 害 有多人死亡 有一人死亡 永久失能 职业相关病症 设备财产损失 >1 亿元 环境影响 分数值(S) 有重大环境影响的不可控排放 有中等环境影响的不可控排放 有较轻环境影响的不可控排放 有局部环境影响的不可控排放 10 8 职业病(多人) 职业病(一人) 职业性多发病 1 千万 ~ 1 亿元 1 百万 ~ 1 千万元 10 万 ~ 100 万元 4 需医院治疗,停工 2 · 174· ꢀ ꢀ ꢀ 张建华等:金堆城露天矿穿孔作业危险性分析ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年第 3 期 [ 13-14] 。 目前,该矿山已经在 YZꢁ35 型牙轮钻 表 5ꢀ 分级标准 为 100 a Table 5ꢀ Grading standards 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。 R 分级 有人身伤害的事故 >180 单纯财产损失的事故 一 二 三 四 五 30 ~ 50 20 ~ 24 8 ~ 12 4 ~ 6 90 ~ 150 50 ~ 80 20 ~ 48 <18 <3 3 3 ꢀ 案例分析 . 1ꢀ 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° 1 8′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 图 1ꢀ 金堆城露天矿全貌 Fig. 1ꢀ Views of Jinduicheng opencast mine 图 2ꢀ 金堆城数字化穿孔作业 Fig. 2ꢀ Digital perforation work in Jinduicheng Opencast Mine 3 . 2ꢀ 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 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。 [ 15] 失、工作环境破坏或这些情况组合的根源或状态 。 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。 4ꢀ 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。 3 . 3ꢀ 数字化辅助穿孔作业危险性评价 依据 PHAꢁMES 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, 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 (2)利用 PHAꢁMES 法,可以充分结合预先危险 ① 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 · 175· 总第 501 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年第 3 期 表 7ꢀ 露天矿穿孔作业 PHAꢁMES 危险性分析 Table 7ꢀ PHA-MES risk assessment for perforation work in open-pit mine 危险等级 危险源 粉尘 触发事件 事故情况 事故后果 防范措施 M E S R 等级 呼 吸 系 统 病变 穿孔 时 作 业 人 长期 吸 入 大 量 粉尘 3 6 8 144 Ⅱ 作业时,驾驶室门窗应保持关闭,防止粉尘进入。 员长期无防护 泄露 的 润 滑 剂 遇高温明火 润滑剂 润滑剂泄露 火灾 爆炸 1 3 1 3 3 1 1 1 3 3 3 3 1 3 5 6 6 6 6 3 6 6 6 6 6 6 6 5 6 6 8 10 2 8 8 8 8 4 8 2 8 8 8 8 8 48 180 12 Ⅳ Ⅰ Ⅴ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅱ Ⅳ Ⅱ Ⅱ Ⅳ Ⅱ Ⅰ 对于润滑部件进行定期检查维护。 危 险 物 质 作业 区 域 存 在 遗漏的炸药 加强作业人员培训,严格按照《爆破安全规程》进 行穿孔爆破。 炸药 电池 炸药发生误爆 电池 内 硫 酸 泄 腐 蚀, 露 定期检查钻机电池装置,需要接触电池时佩戴护 具。 电池破损 烫伤 乙醚, CO,等 有毒气体 人员 吸 入 有 毒 气体 或 有 毒 气 体浓度过高 通风 不 良 处 启 动引擎 中 毒, 火灾 1. 启动钻机时应该在通风位置。 2. 加强操作人员安全培训。 144 72 钻架上 遗留的 工具 钻机 工 作 时 震 钻架 上 工 具 掉 物 体 落 运行工长定期对钻机进行检查,钻架上禁止放置 维修工具和其他物品。 动过大 打击 固定 钻 架 的 装 置松动 钻架 钻架倒塌 砸伤 48 严格按照操作规程操作,定期对钻机进行检查 机具漏电,机器 运行 时 身 体 触 碰扇叶 电动机、 空压机 人员触电,人员 触 电, 被铰伤 严格按照操作规程操作,电动机和空压机运转时 禁止触碰。 48 铰伤 链条断裂,安全 回转 小车 1. 机电技术员、安监员不定期对钻机进行检查。 2. 在钻机工作时,人员禁止站在回转小车下方。 作业 制 动 器 失 回转小车坠落 效 砸伤 24 牙 轮 钻 机 设 备 绞 伤、 碾 压 伤害 1. 作业区域严禁闲杂人等进入。 2. 运行工长进行巡逻监督,发现不当操作进行罚 款 钻机 行 走 中 身 履带 对 人 身 造 成伤害 履带 144 36 体接触履带 散热、冷 散热系统、冷却 却装置 装置、加热器破 和水管 损。 热液 喷 溅 或 高 温水蒸气喷出 1. 每半年对司机进行操作规程培训。 2. 对于含有高温液体设备和管道进行定期维护。 烫伤 油 泵、 油 马 达、 烫 伤、 火 灾、 爆炸 1. 加强对于含油系统的检查维护,及时发现和处 理隐患。 2. 作业时,严格按照操作规程操作。 含油 高温 高 压 油 液 喷溅 油缸 和 管 道 密 装置 144 144 40 封不良 电线胶皮脱落、 带电 严格按照操作规程操作,严禁带电检修,移动电 缆时要佩戴绝缘手套和绝缘鞋。 电机漏电、人员 发生触电事故 触电 物体 误触 系统 对 驾 驶 员 发出 错 误 的 指 示 1. 每班工作前对定位引导系统进行测试。 2. 司机做作业时应注意周围环境,不可全部依赖 辅助系统。 定位引 GPS 故 障 或 软 导系统 件系统故障 碰 撞、 跌落 塔架 触 碰 到 架 空线 路 引 起 触 触电 电 1. 设备和人员应与架空线路保持 3m 以上的安全 距离。 2. 生产区长不定期进行巡逻监督。 架空 线路 架空 线 路 附 近 升起塔架 144 240 作 业 环 境 1 . 钻机在工作时应严格遵守操作规程,不可距离 台阶边坡过近。 . 加强安全教育,对于违规操作加大处罚力度。 作业 台阶 作业台阶失稳 设备、人员坠落 坠落 2 统开发[J]. 矿冶,2016(1):65-70. 分析证明了将 PHAꢁMES 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。 Wang Fengjun,Duan Yun,Xu Min,et al. 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China Safety Sci- ence Journal,2006,16(8):100-105. 回转小车 履带 坠落 机械 机械 牙轮 钻机 设备 绞伤,碾压 散热器、冷却装置、水管、所 有的加热器或机器的线路 灼烫 火灾、爆炸 触电 物理 化学 电气 含油装置(如油泵、油马达、 油缸、油箱等) [11]ꢀ 朱国宏. 预先危险性分析在工程中的应用[ J]. 山西煤炭, 2007,27(2):40-43. 带电物体(如司机操作室作 业平台、电机、电缆线等) Zhu Guohong. Pre-risk analysis in engineering applications [ J]. Shanxi Coal,2007,27(2)40-43. 定位引导系统 架空线路 跌落 触电 物理 电气 机械 [ 12]ꢀ 罗ꢀ 云. 风险分析与安全评价[ M]. 北京:化学工业出版社, 004. 环境 作业台阶 人员、设备坠落 2 ꢀ ꢀ Ma Honggang,Zhang Laibin,Fan Jianchun. Study on the applica- tion of LEC to the risk assessment of deep-water drilling and com- pletion operations[ J]. Journal of Safety Science and Technology, Luo Yun. Risk Analysis and Safety Evaluation[M]. Beijing:Chem- ical Industry Press,2004. [13]ꢀ 郭ꢀ 进. 金堆城露天矿安全评价研究[D]. 武汉:武汉理工大 学,2005. 2 011,7(9):89-92. 5]ꢀ 苏恒瑜,蔡立勇. LEC 法在量化矿井通风系统中的应用[J]. 煤, 009,18(7):10-13. [ [ Guo Jin. Study on Safety Evaluation of Jinduicheng Opencast[D]. Wuhan:Wuhan University of Technology,2005. 2 Su Hengyu,Cai Liyong. 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