西南交大隧道通风第一次作业事故致因模型分析Word下载.docx

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事故致因理论；

董家山隧道；

事故致因连锁模型；

能量释放理论；

系统安全原理

引言

人类既期望继续领受技术带来的利益，同时又憎恨由其导致的恶果[1]。

随着现代技术的革命性发展，技术在人类的生产和生活活动中越来越变得大规模化、普及化和复杂化，这种状况使得技术带来的益处与恶果之间矛盾越来越激烈和尖锐[1,4]。

为更好地解决这一矛盾，人们进行了大量的探索性研究，并逐步积累了安全生产经验，应用自然科学、社会科学以及人文科学等的研究成果，发展了一门新兴的交叉学科-系统安全科学[5]。

系统安全科学是多种学科的横断学科，应用系统论的观点、方法去研究系统的事故过程，分析事故致因和机理，研究事故的预防和控制策略，事故时的缓救措施等[6~9]。

事故致因理论是系统安全科学的基石，支撑了系统安全科学的理论和方法的发展，本文对目前主要根据董家山隧道瓦斯爆炸事故，应用（现代）事故统计分析用事故致因连锁模型和能量意外释放理论分析事故发生的原因及该模型下可以采取的预防及改进措施，并对事故致因理论的未来发展进行展望。

1事故概况

1.1工程概况

都汶高速公路就是一条南出都江堰，北至汶川的“大动脉”。

该路建设还考虑到以都汶高速公路打通阿坝藏族羌族自治州，带动九寨沟旅游业发展。

都江堰—汶川高速公路（以下简称都汶路）项目建设单位为四川都汶公路有限责任公司（以下简称都汶公司），设计单位为四川省交通厅公路规划勘探设计研究院（以下简称川交设计院），发生事故的C合同段中标监理单位为铁科院（北京）工程咨询有限公司，实际监理单位为铁科院（北京）工程咨询有限公司西南分公司（以下简称铁科院西南分公司），中标施工单位为中铁一局集团有限公司，实际施工单位为中铁一局集团有限公司第四工程有限责任公司（以下简称中铁一局四公司）。

都汶高速公路是四川省省属重点公路建设项目，全线分为18个合同段，其中C合同段—都江堰至映秀段工程项目位于都江堰市玉堂镇和紫坪铺镇境内，董家山隧道事故隐忧，其主要工程是董家山隧道。

董家山隧道距都江堰市区大约7km，该隧道为平行双洞隧道，左洞全长4090m，右洞全长4060m，两洞分别于2004年3月1日和4月1日开工，计划于2007年3月底竣工，C合同段总造价2.15亿元，其中隧道造价1.5亿元。

1.2施工情况：

2005年10月12日，右洞开挖至14+872处时，施工单位发现K14+790至K14+872段初期支护变形超限，当即停止开挖。

从10月17日幵始，施工单位按照建设、设计、监理、施工四方会勘纪要对变形地段初期支护进行拆换。

12月16日，初期支护钢拱架拆换至K14+860（距掌子面12m）处，随着围岩的剥落，K14+860至K14+865段逐渐形成大空腔（塌腔高度约0~4m），并伴有直径约5cm的股状水流出。

12月19日下午，初期支护钢拱架拆换至K14+865处，原有初期支护背后围岩左前上方形成一漏斗状空腔，建设、设计、监理、施工四方有关人员再次对现场进行了会勘。

12月20日至21日，施工单位按照四方共同研究的处理方案对塌腔内进行了喷射混凝土支护，但塌方没有得到控制，空腔继续扩大，至22日零点班，塌腔已与掌子面连通，形成4-5m高、6-7m宽、约5m长的空腔，空腔内时有掉块现象。

1.3事故经过：

2005年3月6日，董家山隧道左洞在开挖过程中也曾发生瓦斯爆燃，所幸火被及时扑灭，没有造成大的损失。

左洞事故后，也有许多工人多次向上级报告了隧道中的事故征兆。

不少民工反映，自己用铁锤敲打石头时，就曾引发洞内瓦斯爆燃，头发和胡子都曾被烧焦，向施工单位反映后，根本就没有引起有关负责人的足够重视。

一些民工介绍，事故前隧道的瓦斯浓度太高，他们下去后经常会感觉到头痛、胸闷，给施工单位的领导反映后，却没有人来管，还是让他们照常施工。

2005年12月22日，白班先后有43人进入右洞（其中：

在掌子面附近喷射混凝土作业5人、打锚杆前准备作业8人、架设拱架作业4人、二次衬砌浇注混凝土作业11人，在2号横洞出渣作业1人，接风筒作业1人，瓦斯检查员2人，运输工6人，技术员和管理人员5人），其中有9人于14时30分前先后出洞，右洞洞内剩余人员34人。

当班因接风筒于10时起停风1小时，11时接好风筒，恢复供风，当时风筒出风口距掌子面约30m，送风距离超过1400m。

14时40分，发生瓦斯爆炸，爆炸冲击波将停放在距右洞口外约20m远、重达70T的模板台车冲出40多米，洞口通风机错位，配电柜损坏，大幅宣传牌被掀飞，在洞外组装模板台车人员、门岗等有10人死亡、11人受伤。

1.4事故后果

截止到2005年12月24日10时30分抢救工作结束，事故造成44人死亡，11人受伤，直接经济损失2035万元。

爆炸中，1名工人被爆炸产生、并在隧道“枪管”效应下形成的高压冲击波抛掷到168m开外，隧道内多台不同用途的车辆受高压冲击波冲击严重变形，隧道洞口外1台重约70t的模板台车，也被高压冲击波直线位移47m且严重变形，事故现场如图1-1a~c所示

（a）

（b）

（c）

图1-1事故现场图

1.5事故原因：

国务院安委会《关于四川都汶高速公路董家山隧道“12.22”特别重大瓦斯爆炸事故结案的通知》（安监总管二[2006]189号）认定12.22事故是一起多方责任事故，经过反复核实、研究分析，认为董家山“12×

22"

特大瓦斯爆炸事故的原因如下：

1.5.1直接原因:

由于掌子面处塌方，瓦斯异常涌出，致使模板台车附近瓦斯浓度达到爆炸极限，模板台车配电箱附近悬挂的三芯插头短路产生火花引起瓦斯爆炸。

1.5.2间接原因：

1.5.2.1环境方面原因

K14+870位于向斜与背斜交汇的复式褶皱处，开挖面已进入背斜一翼，背斜核心有F11断层通过，向斜的核心有F11—2通过，该断面处的上覆和下伏地层中均含2至3层煤，K14+870处有小型断层存在，断层面的上下两侧分别为炭质泥岩和砂岩，断层带厚度约为10〜15cm，断层面与隧道轴线呈30度夹角。

从以上可推断，该地段有煤层、储气构造、瓦斯通道（断层带）。

12月22日下午14时45分，在K14+870处发生塌方，导致瓦斯大量涌出。

1.5.2.2施工管理方面原因

（1）违规将劳务分包给无资质的作业队；

（2）施工现场安全管理混乱。

虽然《都汶路C合同段董家山隧道实施性组织设计》中要求在开挖掌子面与二衬之间全部使用防爆电器和设备，但施工队在衬砌模板台车上使用非防爆配电箱并接有普通插座；

瓦斯隧道曰常安全管理存在漏洞，洞内发现个烟头；

通风管理不善，右洞掌子面拱顶瓦斯浓度经常超限；

右洞仅有一台甲烷传感器，事故当天安装于隧道左侧距垮塌处5m、离隧道底板2m高的地方，甲烷传感器安装位置不符合要求，不能有效监控瓦斯；

瓦斯检查员全部使用便携式瓦斯报警仪检查瓦斯，检查高处瓦斯时采用将便携式瓦检仪绑在2—3米的竹竿上举起的方法，未达到规定检查高度，均不能有效的监控瓦斯，且存在检査次数不符合规定等情况。

（3）农民工的安全知识和技能培训不到位，有部分瓦斯检查员无证上岗；

（4）事故调查中，发现该项目部2005年11月份向业主起草完成了--份关于将该隧道瓦斯等级提高为高瓦斯等级的报告，但未提交。

最后导致事故调查过中施工单位申诉理由不足，处于非常被动的境地。

2（现代）事故统计分析用事故致因连锁模型

亚当斯（EdwardAdams）提出了与博德因果连锁理论类似的理论，他把事故的直接原因、人的不安全行为及物的不安全状态称作现场失误。

本来，不安全行为和不安全状态是操作者在生产过程中的错误行为及生产条件方面的问题。

采取现场失误这一术语，其主要目的在于提醒人们注意不安全行为及不安全状态的性质。

该理论的核心在于对现场失误的背后原因进行了深入的研究。

操作者的不安全行为及生产作业中的不安全状态等现场失误是由于企业领导者及安全工作人员的管理失误造成的。

管理人员在管理工作中的差错或疏忽、企业领导人决策错误或没有作出决策等失误对企业经营管理及安全工作具有决定性的影响。

管理失误反映企业管理系统中的问题，它涉及到管理体制，即如何有组织地进行管理工作，确定怎样的管里目标，如何计划、实现确定的目标等方面的问题。

管理体制反映作为决策中心的领导人的信念、目标及范围，决定着各级管理人员安排工作的轻重缓急、工作基准及指导方针等重大问题。

现代因果连锁理论把考察的范围局限在企业内部，用以指导企业的安全工作。

实际上，工业伤害事故发生的原因是很复杂的，一个国家、地区的政治、经济、文化、科技发展水平等诸多社会因素，对伤害事故的发生和预防有着重要的影响。

当然，作为基础的原因因素的解决，已经超出了安全工作，甚至安全学科的企业研究范围。

但是，充分认识这些原因因素，综合利用可能的科学技术、管理手段，改善间接原因因素，达到预防伤害事故的目的，却是非常重要的。

值得注意的是，该模型进一步把物的原因划分为起因物和加害物。

前者为导致事故发生的物（机械、物体、物质）。

后者为事故发生时直接作用于人体，使人体遭受伤害的物（机械、物体、物质）。

在人的问题方面，区分行为人和被害者。

前者为引起事故发生的人；

后者为事故发生时的受到伤害的人。

针对不同的物和人，需要采取不同的控制措施，事故因果连锁模型如图2-1所示

图2-1（现代）事故统计分析用事故致因连锁模型

2.1模型

根据（现代）事故统计分析用事故致因连锁模型含义，结合董家山隧道瓦斯爆炸事故的起因、经过以及结果，绘制模型如图2-2所示。

图2-2董家山隧道（现代）事故统计分析用事故致因连锁模型

2.2原因及预防措施

2.2.1原因

这是当前世界上普遍采用的因果连锁模型。

着重于伤亡事故的直接原因-人的不安全行为和物的不安全状态，以及其背后的深层次的原因-管理失误。

在这个事故因果连锁模型中，把物的方面的问题又进一步划分为起因物和加害物。

前者是导致事故发生的机械物，后者是直接作用于人体的能量载体或危险物质。

显然，从防患于外然，前者要比后者重要。

在人的因素方面，该模型区分行为人和受害者，强调行为人（即肇事者）的不安全的行为控制问题。

2.2.2预防措施

预防措施主要是从源头上预防：

（1）加强隐患排查和整治工作。

由公司领导带队深入开展安全生产大检查，分层级组织安全隐患彻查彻改。

从现场到管理，从重点项目、关键部位，到小项目、一般问题全面排查，不遗不漏；

不仅查制度建立、落实情况，还查员工安全认识、防护技能、防护器具，全面、全员、全过程不留死角。

对于检查出来的问题，逐项、逐条落实责任人进行整改，并将检查整改情况记录在案，真正做到隐患不消灭坚决不放过。

（2）完善瓦斯监控系统，通风、供电系统。

1、瓦斯监控系统。

建立人工检测和自动监控系统相结合的瓦斯监控体系，隧道自动断电报警系统为声、光连动形式，同时左、右隧道联动，任何一个隧道遇到紧急情况，两个隧道同时报警，实现瓦电闭锁。

2、供电系统。

隧道内设两独立回路电源线路，主要供隧道内射流风机、照明及局扇使用，当一回路运行时，另一回路备用，以保66证供电的连续性。

3、通风系统。

每个洞口安装2台SDF（C）Nol2.5型轴流风机通过1.5m双抗风管（阻燃、抗静电）将新鲜空气送至掌子面。

4、在掌子面至模板台车地段的死角、塌腔等部位用高压风将瓦斯引出。

具体方案为根据瓦斯检测结果对其吹入高压风，将其聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。

（3）加强过程控制，编制关键工序的作业指导书，对关键工序进行专家评审。

在对施工过程进行分析的基础上，制定包括“隧道通风作业、钻爆作业、焊接切割作业、喷锚支护作业”等特殊工程和关键工序的作业指导书及实施细则，明确作业标准、作业流程及安全质量控制措施要求。

3能量意外释放论

能量在生产过程中是不可缺少的，人类利用能量做功以实现生产目的。

人类为了利用能量做功，必须控制能量。

在正常生产过程中，能量受到种种约束的限制，按照人们的意志流动、转换和做功。

如果由于某种原因能量失去了控制，超越了人们设置的约束或限制而意外地逸出或释放，则称发生了事故，这种对事故发生机理的解释被称作能量意外释放论[2,3]。

能量意外释放论阐明了伤害事故发生的物理本质，指明了防止伤害事故就是防止能量意外释放事故，防止人体接触能量。

根据这种理论，人们要经常注意生产过程中能量流动、转换，以及不同形式能量的相互作用，防止发生能量的意外逸出或释放。

美国矿山局的M.Zabetakis调查大量伤亡事故发现，大多数伤亡事故发生都是由于过量的能量、或干扰人体与外界能量交换的危险物质的意外释放引起的，并且毫无例外地，这种过量的能量或危险物质的释放都是由于人的不安全行为或物的不安全状态引起的。

即人的不安全行为或物的不安全状态破坏对能量或危险物质的控制，是导致能量或危险物质意外释放的直接原因。

M.Zabetakis建立的新的事故因果连锁模型如图3-1所示。

图3-1基于能量意外释放理论的事故因果连锁模型

3.1模型

图3-2董家山隧道基于能量意外释放理论的事故因果连锁模型

根据能量意外释放理论的事故致因连锁模型含义，结合董家山隧道瓦斯爆炸事故中管理、控制、员工素质、不安全的行为与状态和造成的后果进行分析，绘制模型如图3-2所示。

3.2原因及预防措施

3.2.1原因

本次事故的主要原因有两方面，直接原因：

由于掌子面处塌方，瓦斯异常涌出，致使模板台车附近瓦斯浓度达到爆炸极限，模板台车配电箱附近悬挂的三芯插头短路产生火花引起瓦斯爆炸;

隧道中瓦斯浓度的增高，达到了爆炸极限浓度。

间接原因：

（1）违规将劳务分包给无资质的作业队；

（2）施工现场安全管理混乱；

（3）农民工的安全知识和技能培训不到位，有部分瓦斯检查员无证上岗。

3.2.2预防措施

预防措施：

（1）

（1）排除作用源。

完善通风系统，每个洞口安装2台SDF（C）Nol2.5型轴流风机通过1.5m双抗风管（阻燃、抗静电）将新鲜空气送至掌子面。

减少隧道内瓦斯含量，达到限制能量及其积蓄和缓慢将地层中能量释放出来的目的。

（2）在时间和空间上把能量与人隔离。

完善瓦斯监控系统，做到在员工施工时瓦斯浓度在一个安全的范围内，从而限制、约束了人体与能量的接触。

4结论（对比分析）

两种模型都对董家山事故作出了具体分析。

两者都从连锁作用的角度说明了事故发生的本质。

但分析方式还有不同的地方，如下：

（1）源头不同。

事故统计分析模型的源头是管理者失误，而能量意外释放理论的源头为能量（瓦斯），而管理者的情况是造成能量（瓦斯）大小以及释放出来的影响因素，故两种理论有着本质的区别。

（2）过程不同。

事故统计分析模型作用过程从两方面考虑，即人的不安全行为和物的不安全状态，但这两方面都是由于管理失误造成的，而能量意外释放理论认为事故过程是在能量（瓦斯）的存在方式—瓦斯形式或者释放出来—的变化，而造成这种变化的为人的不安全行为和物的不安全状态，即有管理情况作用于过程，事故不仅包含人的原因，还综合考虑了危险源。

参考文献

[1]Hohenemser,C,Kates,R.andSlovic,P,Thenatureoftechnologicalhazard,Science,1983,220:

378-384.

[2]陈宝智,危险源辨识、控制及评价,成都:

四川科学技术出版社,1996.

[3]陈宝智,安全原理,北京:

冶金工业出版社,1995.

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中国对外翻译出版公司,1997.

[5]钱新明,危险评价突变模型研究,沈阳:

东北大学博士学位论文,1996.

[6]隋鹏程、陈宝智,安全原理与事故预测,北京:

冶金工业出版社,1988.

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中国劳动出版社,1992

[8]RobJamesandGeoffWells,Safetyreviewsandtheirtiming,J.LossPrev.ProcessInd.,1994:

7

（1）,11-12.

[9]YosefS.Sheirf.Onrisk&

riskanalysis.ReliabilityEngineeringandSystemSafety,（31）,155-178.