技防与人防成本比较研究报告——以煤矿智能抗违章保护与安全员值守为例

一、研究背景与目的

煤矿井下违章带电作业是诱发瓦斯爆炸、漏电伤人等重大事故的重要原因,防治违章带电作业长期被视为一道世界性难题。长期以来,煤矿主要依靠“人防”——即安全员现场值守、巡查盯岗——来制止违章行为。中国工程院院士张铁岗在推荐“防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章技术系统”申报国家技术发明奖时指出:“用技术手段预防人违章带电作业(即技防)是……”,肯定了这一变“人防”带电作业为“技防”的技术思路,认为其在国内外瓦斯防治技术领域具有突出的实质性进步。

本报告依据《抗违章技术理论与应用》第十二章“安全性能分析及抗违章后备保护试验必要性分析”所载数据,从成本与安全可靠性两个维度,对“技防”(加装智能抗违章保护)与“人防”(安全员值守)进行系统的定量比较,为企业安全投入决策和政策制定提供参考。

二、比较对象与最小系统

技防方案为山西全安公司研发的智能抗违章保护技术系统,按功能层级分为智能抗违章保护1.0~2.0(防非违装置)和智能抗违章保护3.0~4.0(未断电保护)。两类最小系统的构成如图1、图2所示。

图1 智能抗违章保护1.0~2.0(防非违装置)最小系统示意图

图2 智能抗违章保护3.0~4.0(未断电保护)最小系统示意图

人防方案为煤矿惯用的安全员值守方式,即安排专职安全员在电气设备旁盯岗,制止违章带电作业。比较基准统一为:每台设备、每年、达到同等“作业人员无法违章作业”的效果。

三、智能抗违章保护4.0与安全员值守的比较

(一)成本相同时:可靠性相差60~240倍

使用智能抗违章保护预防违章作业,达到5年每天24 h作业人员无法违章作业的效果,每台设备平均每年需投入3589元。同样的3589元,按安全员工资水平仅能支付其每年132.9 h的值守工资。

如果安全员仅值守1台设备,1年内平均每天最多值守0.4 h,则智能抗违章保护的安全可靠性约是安全员值守的60倍;如果安全员轮换值守图2所示最小系统中的4台设备(不考虑走路时间),1年内每天每台最多值守0.1 h,则智能抗违章保护的安全可靠性约是安全员值守的240倍。

(二)安全可靠性相同时:成本相差约66倍

若要求技防与人防都达到“5年每天24 h作业人员无法违章作业”的效果,即安全可靠性均为1,则每台被保护设备使用智能抗违章保护每年成本为3589元,而使用安全员值守每年工资为236397元,成本比约为1/66,即安全员值守成本约是智能抗违章保护的66倍。换言之,保证同等安全可靠性,使用智能抗违章保护每台设备可节省3个人。

(三)成本与可靠性均不相同时:综合优势明显

使用安全员5年内达到平均每天2 h无法违章作业效果,其安全可靠性仅为1/12;而智能抗违章保护5年每天24 h防护,安全可靠性为1。此时智能抗违章保护的安全可靠性是安全员值守的12倍,而安全员值守成本约是智能抗违章保护成本的5.5倍。三种情形的比较结果汇总如表1所示。

表1 智能抗违章保护4.0与安全员值守比较一览表

图3 抗违章接线传感器系统试验成功 有望从供电源头阻断煤矿“黑工作面”

图4 全球首套抗违章虹膜锁系统试验成功

四、智能抗违章保护2.0与安全员值守的比较

如图1所示的防非违装置最小系统,一次性投资5000元(包括安装费及日常维护费),使用年限5年,折合每年1000元;按每台设备分摊,平均每年投资250元即可加装防非违装置,仅比工人每天每人工资216元略高,却可24 h守护在设备上,连续工作5年。

煤矿支付250元,仅可雇佣安全员值守约9.3 h。防非违装置连续守护1年365天(每天24 h),与安全员值守1台设备9.3 h相比,前者可靠性约是后者的942倍,即防非违装置保护1台设备与安全员值守1台设备的可靠性比约为942。

表2 智能抗违章保护2.0与安全员值守比较一览表

图5 5G/4G/wifi6智能远方漏电试验装置

五、推广价值与市场预测

全国约有1000万台矿用电气设备。如果都加装智能抗违章保护4.0,按每台设备每年投资3589元计算,每年潜在市场需求358.9亿元;如果加装智能抗违章保护2.0,按每台设备每年投资250元计算,每年潜在市场需求25亿元。技防不仅经济可行,而且形成了规模可观的产业空间。

山西省大范围推广应用抗违章技术十几年来,减少了违章带电作业事故,为近3年瓦斯爆炸零事故做出了重大贡献,印证了技防路线“想违章违不成,即使违章也造不成事故”的实际成效。

图6 5G/4G/wifi6智能抗违章保护技术系统

六、结论与建议

(1)技防在同等成本下的安全可靠性远高于人防:智能抗违章保护4.0的可靠性是安全员值守的60~240倍,防非违装置(2.0)的可靠性比高达约942。

(2)技防在同等安全可靠性下的成本远低于人防:达到相同防护效果,安全员值守成本约是智能抗违章保护4.0的66倍,每台设备可节省3个人。

(3)人防受人的体力、精力、责任心限制,无法实现24 h连续不间断防护,且存在“安全员也可能违章”的监督盲区;技防将安全预防规则固化于设备之中,从根本上克服了人防的固有缺陷。

建议:煤矿企业应优先采用技防手段补齐闭锁装置及螺旋式接线嘴的抗违章短板;有条件的矿井可按“先2.0、后4.0”的路径分期投入,逐步将安全员从低效盯岗中解放出来,转向巡检、应急等更高价值岗位;监管部门可将抗违章技术纳入瓦斯防治技术体系,推动“人防”向“技防”转变。

资料来源

1. 郭春平:《抗违章技术理论与应用》第十二章“安全性能分析及抗违章后备保护试验必要性分析”(图12-2、图12-3及相关测算数据)。

2. 张铁岗院士2017年1月21日关于“防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章技术系统”申报国家技术发明奖的推荐意见。

图7 《抗违章技术理论与应用》(郭春平著 王国法院士序)

郭春平简介

郭春平,是享受国务院特殊津贴的安全专家,拥有电气正高级工程师职称,同时获得北京大学国家发展研究院高级工商管理硕士学位。他在多个重要社会职务上积极发挥作用,担任第十一、十二届全国工商联执委,第十一、十二届山西省政协委员,还任职全国工商联科技装备商会副会长、山西省总商会荣誉会长等多个重要职位,是山西省委联系的高级专家、山西省智库专家以及山西省新兴产业领军人物,同时也是中国发明协会会员、山西全安新技术开发有限公司董事长。 

在科技创新领域,郭春平成果丰硕。他发明并带领团队研发了“违章行为识别AI技术系统”“抗违章传感器”等66项专利技术产品,其中15种产品获得“矿用产品安全标志”及“防爆合格证”认证。其提炼的抗违章技术要求被国际标准IEC60079 -0、国标GB3836.1以及《煤矿安全规程》采纳,并作为第一起草人首创12部《矿用开关两防锁》行业(安标)标准。作为唯一(或第一)发明人,他已获81项专利权,其中6项在30多个国家(或地区)获得专利权且均为PCT专利,在煤矿电气领域取得了突破性的国际专利成就。此外,他还拥有49项商标权及著作权。

郭春平不仅专注于发明创造,还在理论研究上颇有建树。其独著的《抗违章技术理论与应用》(基于中、美等30国专利及国际标准)被牛津及国家图书馆等48家图书馆收藏,创立了抗违章理论体系,提出的“想违章违不成,即使违章也造不成事故”等理念和理论被收入百度百科;在国家级刊物发表多篇专业论文。他创办的发明创造型高新技术企业,承担并完成国家重点研发计划等数十个科技项目,首创并应用“骏马拉小车”理论,将山西全安公司打造成“抗违章保护技术”世界单项冠军,转化智能抗违章保护技术成果,为安全生产做出了重大贡献,经原山西煤监局认定,至少减少20余人死亡。

在国企工作期间,郭春平同样成绩斐然。29岁时,他在柳湾煤矿被破格任命为二号井机电主任,首创并应用《运势控制法》《综采设备FM六步循环法》,成功实现汾西矿务局历史上首次综合机械化采煤和掘进,并创下综采队年产百万吨纪录;后任柳湾煤矿科技科长,应用《企业全面科技管理》理论,组织完成130余项技术改进项目。

凭借卓越的贡献,郭春平荣获山西省专利一等奖等10项省部级科技奖励,被授予省劳动模范称号,三次荣获“山西省中国特色社会主义建设者”称号 。