煤礦瓦斯事故的事故樹(shù)分析研究

劉 剛

（同煤集團(tuán)四臺(tái)礦，山西 大同 036000）

在煤礦主要事故類(lèi)型中，瓦斯爆炸事故是危害較大、發(fā)生次數(shù)較多的一類(lèi)事故，嚴(yán)重影響了我國(guó)煤炭的安全高效開(kāi)采。因此，對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故進(jìn)行原因分析是制定防范措施的重要依據(jù)。

在事故分析方法中，事故樹(shù)分析法是一種常用的方法。事故樹(shù)分析法通過(guò)邏輯關(guān)系對(duì)各類(lèi)系統(tǒng)中的事故致因、結(jié)果進(jìn)行逐級(jí)展示和分析，形成樹(shù)形圖，并可以進(jìn)行定性分析與定量計(jì)算，為事故分析和針對(duì)性措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 瓦斯爆炸事故原因分析

煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生必須同時(shí)具備三個(gè)條件，也就是瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸界限5%～16%、達(dá)到650℃～750℃的引爆火源和不低于12%的氧氣濃度。一般來(lái)講，井下工作地點(diǎn)的氧氣濃度一定會(huì)達(dá)到12%，因此這是一個(gè)必然條件。那么分析瓦斯爆炸的主要原因就要從瓦斯?jié)舛群突鹪慈胧帧Ｍ咚節(jié)舛冗_(dá)到爆炸界限是瓦斯積聚的結(jié)果，造成瓦斯積聚的原因主要有瓦斯抽采不達(dá)標(biāo)、通風(fēng)系統(tǒng)不合理、風(fēng)機(jī)停風(fēng)、瓦斯突然涌出等；火源則主要是爆破、煤炭自燃、出現(xiàn)明火、電氣火花等。

根據(jù)事故致因理論的相關(guān)觀點(diǎn)來(lái)看，任何事故的發(fā)生都是由直接因素和基本因素所導(dǎo)致的。對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故來(lái)說(shuō)，其受到自然因素、地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)以及管理水平等多方面因素的影響，因此是一個(gè)復(fù)雜的、不確定的系統(tǒng)。通過(guò)事故樹(shù)分析，能夠理清導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的因素及其集合，還可以通過(guò)重要度分析判斷因素的重要程度。

2 煤礦瓦斯事故的事故樹(shù)分析

2.1 事故樹(shù)的建立

前面已經(jīng)對(duì)煤礦瓦斯事故的產(chǎn)生原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。對(duì)各因素之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，確定正確的邏輯關(guān)系以便于進(jìn)行定性分析與定量計(jì)算。建立事故樹(shù)，煤礦瓦斯爆炸事故的事故樹(shù)包括6個(gè)邏輯或門(mén)、1個(gè)邏輯與門(mén)和15個(gè)底事件，示意圖如圖1所示。

表1 事故樹(shù)代號(hào)與內(nèi)容說(shuō)明

2.2 煤礦瓦斯事故定性分析

對(duì)圖1所示煤礦瓦斯事故的事故樹(shù)進(jìn)行定性分析，求該事故樹(shù)的最小割集，以此判斷相關(guān)底事件對(duì)頂事件的影響。通過(guò)簡(jiǎn)單的布爾運(yùn)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(jì)算方法如下：

從式（1）可以看出，煤礦瓦斯事故的故障樹(shù)的最小割集為K1={x1x4x2}，K2={x1x4x3}，K3={x1x4x13}，K4={x1x4x14}，K5={x1x4x15}，K6={x1x5x2}，……，K44={x1x12x14}，K45={x1x12x15}，只要這些割集中的事件發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致瓦斯事故的發(fā)生。這些最小割集說(shuō)明導(dǎo)致瓦斯事故發(fā)生的可能性有45種，也就是說(shuō)發(fā)生瓦斯事故的可能性比較大。如K1割集中，如果x1(氧氣濃度)達(dá)到條件，同時(shí)底事件x2(煤炭自燃)導(dǎo)致存在明火火源，底事件x4(風(fēng)路串聯(lián))導(dǎo)致瓦斯積聚，那么此時(shí)就很容易發(fā)生瓦斯爆炸。其他割集的分析也是一樣的原理。通過(guò)定性分析可以對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生概率有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，詳細(xì)地分析要結(jié)合定量計(jì)算。

2.3 煤礦瓦斯爆炸事故樹(shù)定量計(jì)算

從事故樹(shù)結(jié)構(gòu)可看出：瓦斯事故樹(shù)中或門(mén)個(gè)數(shù)占85.7%，與門(mén)個(gè)數(shù)占14.3%。這個(gè)比例說(shuō)明瓦斯事故非常容易發(fā)生，這里對(duì)事故樹(shù)做定量計(jì)算。

進(jìn)行頂事件的發(fā)生概率計(jì)算，算法如下式2所示：

結(jié)構(gòu)重要度的比較：

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(jiǎn)單求得事件結(jié)構(gòu)重要度。x1到x15的各基本底事件的結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋?/p>

I(1)＞I(2)=I(3)=I(1 3)=I(1 4)=I(1 5)＞I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9) =I(10) =I(11) =I(12)

由此可知，在煤礦瓦斯事故中，除了氧氣濃度x1是必然條件，最重要之外，爆破火源x2、煤炭自燃x3、管理漏洞（違章吸煙x13、設(shè)備火花x14、電氣焊x15）等因素是對(duì)瓦斯爆炸事故影響較大的因素。

3 瓦斯事故的主要預(yù)防對(duì)策

通過(guò)對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故進(jìn)行事故樹(shù)分析，可以針對(duì)通風(fēng)管理、瓦斯管理、火源管理等方面的重要因素提出解決的措施：

（1）優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)通風(fēng)與瓦斯檢查。確保通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)合理。對(duì)《煤礦安全規(guī)程》中不允許的串聯(lián)通風(fēng)等要嚴(yán)格杜絕。對(duì)井下各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量要進(jìn)行定期的測(cè)定和分析，要科學(xué)分配風(fēng)量，保障風(fēng)量供應(yīng)，不允許欠風(fēng)生產(chǎn)。對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)要定期進(jìn)行審查，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。如果礦井需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，必須及時(shí)編制調(diào)整設(shè)計(jì)和安全技術(shù)措施。礦井產(chǎn)量要與通風(fēng)能力相適應(yīng)，嚴(yán)禁超通風(fēng)能力生產(chǎn)。同時(shí)，做好瓦斯檢查，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握井下瓦斯?jié)舛取?/p>

（2）局部通風(fēng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)“三專(zhuān)兩閉鎖”，即使用專(zhuān)用變壓器、專(zhuān)用開(kāi)關(guān)和專(zhuān)用纜線（不允許搭接其他用電負(fù)荷），要有風(fēng)電閉鎖和瓦斯電閉鎖。另外，要定期指定技術(shù)人員對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查與維護(hù)，了解通風(fēng)機(jī)和供電系統(tǒng)的狀況，保證正?？煽康倪\(yùn)行。

（3）如果遇到自然因素的變化，如地面大氣壓變化、開(kāi)采中地質(zhì)構(gòu)造變化、瓦斯突然涌出等特殊情況時(shí)，要及時(shí)報(bào)告并制定詳細(xì)的通風(fēng)和開(kāi)采計(jì)劃。

（4）杜絕井下火源，所有入井人員不得穿化纖衣物，以免產(chǎn)生摩擦靜電火花；加強(qiáng)入井人員的管理，嚴(yán)禁吸煙，并注意其他火源。

4 總結(jié)

（1）本文從導(dǎo)致煤礦瓦斯爆炸的三個(gè)必要條件入手，分析了各個(gè)條件下的影響因素，并以此建立了由6個(gè)邏輯或門(mén)、1個(gè)邏輯與門(mén)和15個(gè)底事件組成的事故樹(shù)。通過(guò)定性分析可知，該事故樹(shù)最小割集有45個(gè)；通過(guò)定量分析可知，或門(mén)個(gè)數(shù)占85.7%，與門(mén)個(gè)數(shù)占14.3%，因此容易導(dǎo)致事故發(fā)生。

（2）通過(guò)事故樹(shù)分析，針對(duì)重要度較高的因素，提出了優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)要“三專(zhuān)兩閉鎖”、制定應(yīng)對(duì)自然條件變化的緊急預(yù)案和加強(qiáng)管理等措施。因此，煤礦瓦斯爆炸的事故樹(shù)分析具有一定的科學(xué)性和實(shí)踐性。