馬脊梁礦通風(fēng)系統(tǒng)故障分析與安全性評(píng)價(jià)

侯坤龍

（同煤集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037027）

1 概述

1.1 事故樹(shù)與層次分析法概述

礦井中新鮮空氣通過(guò)通風(fēng)動(dòng)力供應(yīng)至各需風(fēng)點(diǎn)，并及時(shí)排除、稀釋內(nèi)部有毒有害氣體，保證礦井內(nèi)部空氣流通，其中涉及的礦井的通風(fēng)方式、方法以及整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為礦井通風(fēng)系統(tǒng)。在地下礦井生產(chǎn)過(guò)程中，隨著開(kāi)采深度和開(kāi)采規(guī)模不斷加大，井下需風(fēng)量不斷增加，礦井內(nèi)部風(fēng)阻變大，對(duì)內(nèi)部風(fēng)流和風(fēng)流控制日益困難，伴隨而來(lái)的不安全因素不斷增多，如瓦斯、煤塵爆炸等事故發(fā)生的幾率不斷增加。確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠有效運(yùn)行能有效保證礦井生產(chǎn)的持續(xù)，增強(qiáng)和提高礦井防災(zāi)、抗災(zāi)能力。

事故樹(shù)分析（FTA）是最常見(jiàn)的安全系統(tǒng)工程分析方式，其從事故出發(fā)，通過(guò)對(duì)引發(fā)事故的因素進(jìn)行逐級(jí)分析，查找可能觸發(fā)事故的直接、間接因素，將整個(gè)事件中各個(gè)因數(shù)通過(guò)邏輯關(guān)系相互串聯(lián)，最后形成具有邏輯關(guān)系的邏輯樹(shù)圖。層次分析法（AHP）是一種綜合的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)建立的不同層級(jí)權(quán)重和對(duì)因素指標(biāo)打分，從而得到最為客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。將事故樹(shù)分析法與層次分析法結(jié)合起來(lái)對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，既可以得到綜合的評(píng)價(jià)，還可以針對(duì)結(jié)果對(duì)某一因素進(jìn)行具體的分析，這樣建立的評(píng)價(jià)體系更為完善、可靠、全面。同時(shí)，實(shí)用價(jià)值也更高。

1.2 馬脊梁煤礦簡(jiǎn)介

大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司馬脊梁礦井田面積17.49km2，采用斜井單水平多煤層聯(lián)合開(kāi)拓，傾斜長(zhǎng)壁全部垮落采煤法。通風(fēng)方式為中央并列分區(qū)混合式，采用抽出式負(fù)壓通風(fēng)。礦井總負(fù)壓為6530Pa，相對(duì)瓦斯涌出量為0.61m3/t，為低瓦斯礦井。

2 通風(fēng)系統(tǒng)事故樹(shù)分析

2.1 事故樹(shù)分析的基本流程

事故樹(shù)構(gòu)建從頂上事件開(kāi)始，逐級(jí)分析，構(gòu)成整個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，具體流程如下：

（1）頂上事件的確定。確定所要分析的頂上事件，即需要完成分析的對(duì)象。

（2）根據(jù)事故致因理論完成對(duì)事件涉及人、物、環(huán)境以及管理因素的資料分析和因素了解。

（3）事故調(diào)查。事故的發(fā)生發(fā)展有著必然的聯(lián)系，必須通過(guò)調(diào)查確定故障產(chǎn)生原因，以及連鎖反應(yīng)中的邏輯關(guān)系。

（4）控制目標(biāo)的確認(rèn)。通過(guò)相關(guān)事故進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，確定事故發(fā)生概率及危害程度，也就是概率目標(biāo)值的確定。

（5）構(gòu)成事故樹(shù)。由頂上事件，根據(jù)各影響因素逐級(jí)發(fā)展，通過(guò)邏輯關(guān)系表述至事故發(fā)生的基本點(diǎn)為止。

（6）定性分析。事件結(jié)構(gòu)重要度排序的確認(rèn)，事故樹(shù)通過(guò)簡(jiǎn)化處理，確定最小割集和徑集。

（7）定量分析。頂上事件最終需要確定事故發(fā)生和發(fā)展的概率，根據(jù)計(jì)算需要確定頂上事件的概率重要度以及臨界重要度。

（8）結(jié)論。通過(guò)最小割集確定事故發(fā)生所有可能方案，以及通過(guò)最小徑集確定防止方案，確定分析結(jié)論以及針對(duì)事故發(fā)生因素的對(duì)策。

2.2 馬脊梁煤礦通風(fēng)系統(tǒng)事故樹(shù)的建立

通過(guò)對(duì)馬脊梁煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的分析，結(jié)合過(guò)去出現(xiàn)的事故類型，總結(jié)導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)故障的主要有因素為：通風(fēng)方式、通風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)、通風(fēng)風(fēng)流和通風(fēng)管理。根據(jù)事故發(fā)生規(guī)律和事故誘發(fā)原因，將導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)事故隱患的基本事件羅列，由各事件的邏輯關(guān)系構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)分析事故樹(shù)，如下圖1所示。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)故障事故樹(shù)

事故樹(shù)中各事件說(shuō)明如下表1所示。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)故障事故樹(shù)說(shuō)明

從圖1事故樹(shù)中可以看出，事故樹(shù)的主要組成包括8個(gè)或門和2個(gè)與門，影響因素主要包括9個(gè)中間事件和40個(gè)底事件。從安全原理的角度來(lái)看，這些影響因素基本包括了物（通風(fēng)設(shè)施）的角度、環(huán)境（風(fēng)流）的角度以及人（通風(fēng)管理）的角度，比較全面的對(duì)礦井通風(fēng)事故進(jìn)行了概括。

3 通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

通風(fēng)系統(tǒng)事故樹(shù)是故障查找的一種具體手段，針對(duì)的是故障預(yù)測(cè)與預(yù)防。而通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)是針對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的綜合性評(píng)價(jià)。層次分析法是科學(xué)評(píng)價(jià)中常用的方法之一。根據(jù)上述事故樹(shù)所做的具體分析，可以建立評(píng)價(jià)體系。對(duì)事故樹(shù)中的具體因素進(jìn)行簡(jiǎn)單的整合，得出評(píng)價(jià)體系如圖2所示。該體系的中間層（A層）包括三個(gè)因素，因素層（B層）包括11個(gè)因素。

圖2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)層次分析法的計(jì)算要求，建立矩陣，運(yùn)用MATLAB計(jì)算，可以得到各指標(biāo)在整個(gè)體系中的具體權(quán)重值。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系權(quán)重計(jì)算結(jié)果

依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦安全監(jiān)察條例》等相關(guān)規(guī)定，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行劃分，并進(jìn)行歸一化處理，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中隸屬分級(jí)情況，詳細(xì)見(jiàn)以下列表3～表5所示。

根據(jù)馬脊梁礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，對(duì)各因素進(jìn)行專家打分，得分結(jié)果如表2所示，權(quán)重與得分的乘積作為單項(xiàng)最終得分，最后累加各項(xiàng)得分，得到馬脊梁礦通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)分為0.86。因此，礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行良好。

表3 礦井風(fēng)動(dòng)力狀態(tài)各級(jí)指標(biāo)隸屬度

表4 通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)各級(jí)指標(biāo)隸屬度

表5 通風(fēng)管理狀態(tài)各集指標(biāo)隸屬度

4 結(jié)論

（1）通過(guò)事故樹(shù)分析法針對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)故障、不可靠問(wèn)題進(jìn)行研究，從通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)力狀況、通風(fēng)風(fēng)流狀況和通風(fēng)系統(tǒng)管理狀況三個(gè)方面出發(fā)，建立了較為完善的事故樹(shù)，可以最大限度為礦井查找影響通風(fēng)系統(tǒng)不可靠的危害因素提供方便，也便于及時(shí)采取防范和整治措施。

（2）根據(jù)建立的事故樹(shù)，結(jié)合層次分析法，建立了通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)體系，可以對(duì)礦井通風(fēng)的綜合情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）事故樹(shù)與層次分析法相結(jié)合的方法可以為礦井通風(fēng)管理提供更為科學(xué)合理的方法，從綜合評(píng)價(jià)和細(xì)節(jié)查詢兩個(gè)方面進(jìn)行全面的管理，并提高管理效率。