煤矿掘进工作面事故预防的行为控制技术研究

发布时间：2017-08-28 01:44

  本文关键词：煤矿掘进工作面事故预防的行为控制技术研究

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【摘要】：煤矿掘进工作面事故起数和造成死亡的人数一直以来均位于我国煤矿事故的前列。近五年来煤矿掘进工作面事故造成3人以上死亡人数所占煤矿所有造成3人以上事故的比重超过了40%,且绝大部分都是责任事故,因此研究煤矿掘进工作面事故发生的原因并设计解决对策对减少和控制煤矿事故发生具有重要意义。国内目前关于针对煤矿掘进工作面事故行为方面原因的研究很少,得到相关结论也难以进行事故预防应用。以事故案例为研究的数据基础,利用事故原因分析工具,对1990-2014年间在掘进工作面发生的224起事故的不安全动作原因进行研究。识别出导致煤矿掘进工作面事故的不安全动作原因并根据不同事故类型进行不安全动作的分类研究,然后基于认知学相关理论分析了不安全动作的发生原因,根据其原因特点设计研发了适合煤矿员工进行行为控制安全培训的应用系统并对其有效性进行分析。得到主要研究结论如下:(1)研究得到掘进工作面主要事故类型和样本。统计我国2010-2014年间煤矿3人以上死亡事故,共194起造成1393人死亡,掘进工作面事故的死亡人数呈现波动式下降趋势,五年中的掘进工作面死亡人数占总事故死亡人数的41.9%,事故起数占43.4%。未来掘进工作面依然将会是煤矿发生事故的主要作业地点。基于文献研究和事故分析报告得出目前掘进工作面最主要的事故类型为瓦斯爆炸事故、煤与瓦斯突出事故、水灾事故和顶板事故4种,依据这4种事故类型搜集得224起事故作为论文研究的案例样本,其中瓦斯爆炸85起,水灾事故58起,顶板事故38起,煤与瓦斯突出事故43起。(2)研究了事故致因“2-4”模型和HFACS的联系与区别,得到了“2-4”模型的各模块定义,并选用前者作为论文的事故分析工具。从致因层级、层级关系、模块定义、模块内容及普适性等角度综合分析比较了HFACS与“2-4”模型,结果显示:HFACS尽管对Swiss Cheese模型做了有益的延伸和发展,使其在事故原因分析应用时具备了较好的可操作性,但依然存在层级关系衔接不紧密、模块未严格定义、模块内容有交叉、普适性不强等缺欠;“2-4”模型改善了HFACS的缺欠部分,链条内容衔接的系统性和严密性使其用于实际的事故分析和预防更有效,同时,其具备的普适性体现出了所有类型事故原因的共性。(3)研究得到了不安全动作的分类,设计得到了实际事故分析时不安全动作原因的分析字段。根据不安全动作的发生特性将不安全动作划分为违章操作、违章指挥、违章行动及不违章不安全动作4大类;不安全动作的分析结果由动作名称、不安全动作详细描述、违章类型等9个字段组成得到相应结构化原因分析结果,并以4起不同类型煤矿事故案例分析证明了应用事故致因“2-4”模型分析不安全动作的实用性。(4)对煤矿掘进工作面事故不安全动作原因进行了研究,得到以下结论:1)研究得到了煤矿掘进工作面4种典型事故类型的违章操作和违章指挥不安全动作及特点。研究分析得到瓦斯爆炸事故中的违章操作和违章指挥分别为9类和7类,发生最多的分别是违章放炮(占违章操作总频数的43%)和整顿期生产或非法生产(45%)。水灾事故中的违章操作和违章指挥分别为6类和8类,发生最多的分别是未有效探放水和整顿期生产或非法生产,分别占39%和34%。顶板事故中的违章操作和违章指挥均是7类,发生最多的分别是违规支护(37%)和违规指挥生产(36%)。煤与瓦斯事故中的违章操作和违章指挥分别是6类和8类,发生最多的分别是在未消突作业区作业(34%)和未落实防突措施(30.2%)。2)分析得到掘进工作面瓦斯爆炸、水灾及煤与瓦斯突出事故原因中均有违章放炮,并得到了各自不安全动作分布特点。10道爆破工序中,瓦斯爆炸事故中的违章放炮在检查爆破地点环境和炮孔、封孔和起爆三道工序发生不安全动作最多,占违章放炮总频次的90.6%,其中装药及放炮前不知爆破地点瓦斯浓度(即爆破作业时未执行“一炮三检”)、未严格封孔(未填足封泥和未使用水炮泥)及作业地点无风情况下实施爆破分别在三道工序中发生频数最多,分别为35次、40次和16次;水灾和煤与瓦斯突出事故主要集中于检查爆破地点环境和炮孔工序,违章操作动作主要为在透水征兆明显工作面和在未消突工作面进行爆破施工。故爆破作业中的这3道工序和5种不安全动作应是煤矿工人在掘进工作面采掘过程中进行重点防控的。3)研究得到了4种事故类型的具体违章操作动作的分布特征。瓦斯爆炸事故包含47种,发生最多的是装药及放炮前不知爆破地点瓦斯浓度(35次)、当班作业前未检查工作面瓦斯浓度(31次)、未严格封孔(51次,包含未用水炮泥、未填足封泥、不封或用碎煤封孔),共占总频数的36.3%;水灾事故包含24种,发生最多的是在透水威胁区域作业和有透水征兆时未制定和落实探放水措施(34次)、未探查清掘进工作面水文地质条件情况(14次)、透水征兆明显的情况下冒险爆破施工(13次)以及执行探放水措施时探眼个数、深度和角度不符合规定(12次),占总频数的60.3%;顶板事故包含21种,发生最多的是掘进工作面空顶情况下实施采掘作业(13次)、不按规定措施进行支护及调整支护方式(13次)、未按规定对作业区域及时进行支护(9次),占总频数的47.9%;煤与瓦斯突出事故包含20种具体违章操作动作,发生最多的是在未消除突出危险工作面实施爆破采掘(17次)、未按规定布置和施工防突钻孔及效检孔(8次)、在有突出预兆工作面施工钻孔(7次),占总频数的43.8%。4)从事故不安全动作原因的共性角度,研究得到4类事故的违章指挥不安全动作中均有整顿期或非法生产和违规生产2类,并且在违章指挥中所占的比例较高。其中瓦斯爆炸事故中占56%,水灾事故和顶板事故中均占50%,煤与瓦斯突出事故中占33.3%,掘进工作面事故中几乎一半都涉及到,反映了各类事故违章指挥出现的共性和多发性。同时研究发现,瓦斯爆炸事故和顶板事故中的违章操作多于违章指挥频次,而违章指挥在水灾事故和煤与瓦斯突出事故中的发生频次均多于违章操作,说明了导致4类事故发生的主要影响者不同,在实施不同类型的事故预防培训时侧重点则有所不同。(5)基于认知角度研究了不安全动作产生原因,并根据煤矿现场应用条件提出了一种新的事故预防行为控制方法—“知识控制”。研究得到了人的“认知-行为”失效机理及认知过程的环节构成,并提出了“应对思考”环节失效是导致目前违章操作发生的重要原因,其失效的原因主要是行为主体安全知识水平有限,同时阻碍了其安全意识的提高。确定了“知识控制”在应用时最实用的载体是事故案例,设计知识载体的内容包含了不安全动作、不安全物态等8个方面。(6)设计了煤矿企业的“知识控制”应用方式和煤矿事故预防行为控制培训系统的结构组成。基于“2-4”模型设计系统的组成结构为煤矿掘进工作面事故不安全动作数据库、个体案例展示、数据统计模块、系统功能模块等四个主体;设计了“知识控制”方法在实际应用时应遵从基于事故案例、重点展示和培训不安全动作等原则,以事故预防需求分析、事故案例收集统计、案例展示载体、个体案例和事故统计内容等为企业应用“知识控制”的基本应用方式,从而印证了基于事故致因“2-4”模型的知识控制方法实际应用的可行性。(7)开发了用于煤矿掘进工作面进行事故预防培训的行为控制培训系统,培训系统中包含了进行不安全动作分析过的224起掘进工作面事故案例样本。对每起事故案例,研究设计了简要描述、原因分析图、预防对策图、关键图片、仿真视频5个部分作为展示和培训内容;设计了包括按事故级别统计、按事故发生时间统计等15种用于事故原因分析的统计变量,培训系统展示的安全知识十分密集。最后分析论证了行为控制培训系统对于减少不安全动作的有效性和实用性。
【关键词】：煤矿 掘进工作面 不安全动作 事故预防 行为控制技术
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD771
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-37
• 1.1 研究背景与研究意义15-17
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意义16-17
• 1.2 国内外研究综述17-33
• 1.2.1 行为安全研究综述18-24
• 1.2.2 煤矿事故不安全动作及防控研究综述24-33
• 1.3 问题提出33-34
• 1.4 研究内容34
• 1.5 研究方法、理论依据和技术路线34-37
• 1.5.1 研究方法34-35
• 1.5.2 理论依据35
• 1.5.3 技术路线35-37
• 2 掘进工作面环境特征及主要事故类型37-45
• 2.1 掘进工作面环境特征分析37
• 2.2 掘进工作面主要事故类型分析37-41
• 2.3 掘进工作面事故数据来源与样本41-43
• 2.3.1 掘进工作面事故数据来源41-42
• 2.3.2 掘进工作面事故样本42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 3 不安全动作分析方法研究45-65
• 3.1 事故分析方法比较与研究45-51
• 3.1.1 事故分析方法总述45-46
• 3.1.2 HFACS和事故致因 “2-4”模型46-48
• 3.1.3 两种模型的应用、评述与对比48-51
• 3.2 事故的不安全动作原因分析研究51-55
• 3.2.1 不安全动作分类研究51-54
• 3.2.2 不安全动作分析字段54-55
• 3.3 典型掘进工作面事故不安全动作原因分析55-63
• 3.3.1 “11.5”特别重大瓦斯爆炸事故56-57
• 3.3.2 “3.27”重大煤与瓦斯突出事故57-59
• 3.3.3 “7.15”重大水灾事故59-60
• 3.3.4 “1.18”重大顶板事故60-61
• 3.3.5 分析结果讨论61-63
• 3.4 本章小结63-65
• 4 掘进工作面事故不安全动作原因研究65-103
• 4.1 瓦斯爆炸事故不安全动作研究65-75
• 4.1.1 不安全动作违章类型及特点65-66
• 4.1.2 违章操作不安全动作研究66-71
• 4.1.3 违章指挥不安全动作研究71-75
• 4.2 水灾事故不安全动作研究75-84
• 4.2.1 不安全动作违章类型及特点75-76
• 4.2.2 违章操作不安全动作研究76-80
• 4.2.3 违章指挥不安全动作研究80-84
• 4.3 顶板事故不安全动作研究84-90
• 4.3.1 不安全动作违章类型及特点84-85
• 4.3.2 违章操作不安全动作研究85-88
• 4.3.3 违章指挥不安全动作研究88-90
• 4.4 煤与瓦斯突出事故不安全动作研究90-98
• 4.4.1 不安全动作违章类型及特点90-91
• 4.4.2 违章操作不安全动作研究91-95
• 4.4.3 违章指挥不安全动作研究95-98
• 4.5 不安全动作分析结果讨论98-101
• 4.5.1 分析统计结果总体情况98-100
• 4.5.2 事故分析结果讨论100-101
• 4.6 本章小结101-103
• 5 煤矿事故预防的行为控制方法研究103-115
• 5.1 基于认知的不安全动作产生原因研究103-104
• 5.1.1 认知环节构成研究103
• 5.1.2 “应对思考”差错研究103-104
• 5.2 个人行为主动控制方法研究104-106
• 5.3 “知识控制”的载体与内容设计研究106-110
• 5.3.1 “知识控制”载体研究106-107
• 5.3.2 “知识控制”内容设计107-109
• 5.3.3 基于 “知识控制”的培训系统结构109-110
• 5.4 知识控制‖方法应用设计研究110-114
• 5.4.1 设计原则110
• 5.4.2 事故预防需求及案例收集110-111
• 5.4.3 案例展示载体研究111-113
• 5.4.4 个体案例内容研究113
• 5.4.5 事故统计内容设计113-114
• 5.5 本章小结114-115
• 6 掘进工作面事故预防行为控制培训系统的开发115-141
• 6.1 行为控制培训系统事故原因字段设计115-117
• 6.2 掘进工作面事故预防行为控制培训系统117-121
• 6.2.1 系统简介117-118
• 6.2.2 系统特点118-119
• 6.2.3 主要功能说明119-121
• 6.3 个体案例模块设计与展示121-125
• 6.3.1 个体事故案例模块设计121-123
• 6.3.2 事故仿真视频设计123-125
• 6.4 统计分析模块设计与展示125-137
• 6.5 系统优点及有效性分析137-140
• 6.6 本章小结140-141
• 7 结论与展望141-145
• 7.1 主要研究结论141-143
• 7.2 主要创新点143
• 7.3 展望143-145
• 参考文献145-155
• 致谢155-157
• 作者简介157

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