煤礦頂板事故原因分析與管理措施研究

李強

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

在煤礦事故中，頂板事故是發(fā)生比重較大（次數(shù)超過50%以上，人員死亡占所有煤炭事故死亡人數(shù)的30%以上）的事故。因此，研究煤礦頂板事故，對事故致因進行科學(xué)分析、判斷，制定有效的預(yù)防措施對于煤炭的安全高效開采是非常重要和必要的。

在事故分析方法中，事故樹分析法是一種非常常用的方法。能夠通過邏輯關(guān)系對各類系統(tǒng)中的事故致因、結(jié)果進行逐級展示和分析，形成樹形圖。并可以進行定性分析與定量計算，為事故分析和針對性措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。本文利用事故樹分析法對煤礦頂板事故進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出解決頂板問題的措施。

1 概述

1.1 頂板事故

在煤炭的地下開采過程中，受到地質(zhì)條件和開采技術(shù)因素的影響，發(fā)生頂板冒落事故，輕則給煤炭生產(chǎn)帶來影響，重則導(dǎo)致人身傷亡事故。在采用綜合機械化采煤工藝之前，頂板事故發(fā)生比例高達75%左右。隨著液壓支架的普及和頂板防控技術(shù)的深入研究，頂板事故比例有所下降，不過仍然是煤礦主要事故之一。隨著采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，開采深度越來越深、巷道斷面不斷加大，工作面頂板事故的預(yù)防更加重要。在生產(chǎn)實踐中，發(fā)生頂板事故最主要的原因有：一是缺乏對頂板事故發(fā)生原因的認(rèn)識與探究；二是缺乏具有針對性的預(yù)防措施。

導(dǎo)致頂板事故的因素有很多，但是最主要的有以下幾個方面：.

（1）環(huán)境因素。環(huán)境因素主要是指地質(zhì)條件，包括頂板來壓、頂板應(yīng)力分布、頂板地質(zhì)條件（如松軟程度、破碎程度等）。

（2）支護條件。當(dāng)頂板來壓的時候，支護質(zhì)量的好與壞會對頂板冒落與否產(chǎn)生直接的影響。如果支護密度和可塑量過小或者支護不及時，都會導(dǎo)致支架斷裂、頂板垮塌。

（3）頂板的監(jiān)測預(yù)報情況。從安全理論的角度分析，頂板檢測不準(zhǔn)確很容易導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。監(jiān)測不準(zhǔn)確既可能是物的因素（儀器不精準(zhǔn)）又可能是人的因素（檢測人員記錄預(yù)報有誤）。

（4）管理失誤。管理失誤、指揮失誤、違章作業(yè)都有可能直接導(dǎo)致煤礦頂板事故，造成人員傷亡。

1.2 事故樹

事故樹分析法也被叫做故障樹分析法，簡稱為FTA。它是從結(jié)果出發(fā)，尋找與結(jié)果相關(guān)的因素，并建立因果邏輯關(guān)系圖進行深入分析的一種分析方法。在進行事故樹分析時，通常把要分析的時間放在最上面，即作為事故樹頂事件，之后從上至下逐層進行原因分解。在分解過程中，有一些因素可能是其他原因?qū)е碌?，這些因素成為中間事件。中間事件要繼續(xù)進行分析直到分析到不能進一步為止，這些最后的因素稱為底事件。各類事件之間是通過邏輯門連接在一起的，代表著不同的邏輯運算方法。對于任何一個系統(tǒng)來講，分析導(dǎo)致事故的各種因素以及它們之間的邏輯關(guān)系，并根據(jù)分析采取相應(yīng)的措施來控制和消除，是降低事故范圍、減少事故損失的有效方法。

2 煤礦頂板事故的事故樹分析

2.1 事故樹的建立

首先了解頂板的相關(guān)資料，包括頂板的地質(zhì)條件，開采技術(shù)，支護技術(shù)等。確定了相關(guān)背景之后，要對各因素之間的邏輯關(guān)系進行分析，確定正確的邏輯關(guān)系以便于進行定性分析與定量計算。

通過前面對煤礦頂板事故的分析，查閱相關(guān)文獻并結(jié)合部分頂板事故案列，建立了故障樹。該煤礦頂板事故故障樹包括5個邏輯或門、1個邏輯與門和10個底事件，見圖1。

圖1 煤礦頂板事故的事故樹

表1 事故樹代號與內(nèi)容說明

2.2 煤礦頂板事故定性分析

對圖1中煤礦頂板事故的事故樹進行定性分析，求該事故樹的最小割集，以此判斷相關(guān)底事件對與頂事件的影響。通過簡單的布爾運算可以求得系統(tǒng)最小割集。從圖中邏輯關(guān)系分析，最小割集的計算方法如下：

從式（1）可以看出，煤礦頂板事故的故障樹的最小割集為K1={x1x7}，K2={x1x8}，K3={x1x9}，K4={x1x10}，K5={x2x7}，K6={x2x8}， …… K22={x6x8}，K23={x6x9}，K24={x6x10}，只要這些割集中的事件發(fā)生，就會導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。這些最小割集說明導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的可能性有24種，也就是說發(fā)生頂板事故的可能性比較大。如K1割集中，如果底事件x1（支護不當(dāng)）發(fā)生，那么頂板支護就會出現(xiàn)問題；如果同時底事件x11（沒有監(jiān)測）發(fā)生，沒有及時發(fā)現(xiàn)支護出現(xiàn)問題，當(dāng)有礦工進入該區(qū)域的時候，就可能導(dǎo)致頂板事故并造成人員傷亡。其他割集的分析也是一樣的原理。通過定性分析可以對煤礦頂板事故發(fā)生概率有一個初步的認(rèn)識，詳細(xì)的分析要結(jié)合定量計算。

2.3 煤礦頂板事故定量計算

從事故樹結(jié)構(gòu)可看出:頂板事故樹中或門個數(shù)占83.3%，與門個數(shù)占16.7%。這個比例說明頂板事故非常容易發(fā)生，這里對事故樹做定量計算。

頂事件的發(fā)生概率計算，算法如式（2）所示：

結(jié)構(gòu)重要度的比較:

從結(jié)構(gòu)重要度是了解各底事件重要程度的參考量。假設(shè)不考慮概率因素，分析各事件的出現(xiàn)次數(shù)，可以簡單求得事件結(jié)構(gòu)重要度。分析結(jié)果如下，x1到x10的各基本底事件的結(jié)構(gòu)重要度排序可知各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度的大小為:

由此可知，在煤礦頂板事故中，沒有監(jiān)測預(yù)報x7、預(yù)報不準(zhǔn)確x8、管理疏漏x9、違章作業(yè) x10，對頂板事故的發(fā)生比較重要，所以要從這幾個基本事件抓起來減少頂板事故的發(fā)生。

3 頂板事故的主要預(yù)防對策

通過對頂板事故進行事故樹分析，可以針對重要因素提出對策：

1）要有良好準(zhǔn)確的頂板監(jiān)測。這樣才能夠及時掌握井下頂板情況，了解其活動規(guī)律，提前預(yù)知頂板來壓，盡早采取防護措施。還能掌握頂板活動范圍，有針對性的對某一區(qū)域采取措施。

2）要加強頂板管理。對于存在問題的巷道及時進行支護和維修，提高支護強度、確保支護到位，杜絕空頂作業(yè)，發(fā)現(xiàn)彎曲、彎曲支架第一時間進行修理。

3）嚴(yán)格落實各項制度。要按照安全規(guī)程要求抓好管理人員和礦工的基本素質(zhì)，增強員工安全主動性和安全自覺性。定期進行安全培訓(xùn)，牢固樹立安全第一的思想，確保安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語

1）本文從地質(zhì)、支護、監(jiān)測和管理等方面分析了導(dǎo)致煤礦頂板事故的因素，并以此建立了由5個邏輯或門、1個邏輯與門和10個底事件組成的事故樹。通過定性分析可知，該事故樹最小割集有24個；通過定量分析可知，或門個數(shù)占83.3%，與門個數(shù)占16.7%，因此容易導(dǎo)致事故發(fā)生。

2）通過事故樹分析，針對重要度較高的因素，提出了要有良好準(zhǔn)確的頂板監(jiān)測、要加強頂板管理和嚴(yán)格落實各項制度的措施。因此，煤礦頂板事故的事故樹分析具有一定的科學(xué)性和實踐性。

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