煤礦采空區(qū)頂板災(zāi)害事故樹分析研究

王建華

濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司霄云煤礦 山東濟(jì)寧 272213

地下礦山開采屬于高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，安全事故時(shí)有發(fā)生。今年來，政府相關(guān)部門加大安全生產(chǎn)的管理力度，采取了諸多安全管理和處罰措施，極大改變了煤礦等地下礦山的安全生產(chǎn)狀況，主要表現(xiàn)為煤礦安全事故和傷亡人數(shù)有一定程度的下降。

1 事故經(jīng)過分析

13619 上綜采工作面運(yùn)輸巷施工中靠近切眼段先后遇見3 條正斷層（斷距分別為1．0、0．3、0．6m），決定施工抬高運(yùn)輸巷及聯(lián)巷，在抬高運(yùn)輸巷聯(lián)巷中又揭露2 條正斷層（斷距分別為1．0、0．8m）。工作面上段回采期間揭露了1 條正斷層（斷距1．1m）。受斷層和頂板來壓影響，工作面中部多架支架立柱無活動(dòng)余量（俗稱 “壓死”），采取擴(kuò)幫（煤壁）送道+ 臥底的方式進(jìn)行處理，支架 “壓死” 后處理空間不足，處置變得困難，導(dǎo)致工作面長時(shí)間（53d）未能正?；夭桑敝?019 年10 月26 日，早班工人在處理被 “壓死” 支架的過程中，支架上方飽含水分的破碎巖石從頂梁前端迅速潰入工作面，垮漏的水石混合物呈泥石流狀態(tài)快速流向工作面下方，將下方的7 人掩埋，經(jīng)過緊急救援，1 人存活、6 人遇難。

2 煤礦采空區(qū)頂板災(zāi)害事故樹分析

2.1 事故樹的建立

對1990-2015 年我國煤礦采空區(qū)發(fā)生的228 起典型事故進(jìn)行了綜合分析。從類型上看，主要頂板事故可分為冒落和坍塌兩種類型。因此，可以進(jìn)一步區(qū)分頂板事故，形成事故樹（可見圖1）。

2.2 事故樹定性分析煤礦采空區(qū)頂板事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為

T=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8+A9

A1=A3+X3+X4+X5+X6；A2=A4+A5+A6+A7；A3=X1+X2；

A4=X6+X7+X8+X9；A5=X8+X9+X13；A6=X15·X10；A7=X16+X17；

A8=X10+X11+X12；A9=X11+X12；A10=X14·X16

T=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14·X15·X16+X17

因此，煤礦頂板事故樹的最小割集有15 個(gè)，分別為：

K1={x1}；K2={x2}；K3={x3}；K4={x4}；K5={x5}；K6={x6}；K7={x7}；K8={x8}；K9={x9}；K10={x10}；K11={x11}；K12={x12}；K13={x13}；K14={x14，x15，x16，}；K15={x15}

計(jì)算事故樹的各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，公式如下：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，獲得如下的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)以及排列順序：

I（6）=1/5＞I（11）=I（12）=I（13）=2/15＞I（1）=I（2）=I（3）=I（4）=I（5）=I（7）=I（8）=I（9）=I（10）=I（17）=1/15＞I（14）=I（15）=I（16）=1/45

從故障樹和以上分析結(jié)果可以看出，煤礦開發(fā)中有17 起重大事件，這些都是管理安全運(yùn)營的關(guān)鍵預(yù)防目標(biāo)。

2.3 事故樹分析

第一，定義主要事件。重大事件是指與故障樹分析的調(diào)查對象有關(guān)的事故，在重大事故的分析調(diào)查應(yīng)當(dāng)基于事故調(diào)查的事實(shí)，通過有效地選擇各種事故調(diào)查材料，才能最終獲得分析對象和事故發(fā)生的規(guī)律。第二，充分了解系統(tǒng)。重大事件的發(fā)生必須基于生產(chǎn)系統(tǒng)，這需要對設(shè)備，人員，管理?xiàng)l件和生產(chǎn)系統(tǒng)的生態(tài)基礎(chǔ)等因素進(jìn)行深入分析和討論；第三，調(diào)查事故原因?；谝陨弦蛩?，調(diào)查缺陷，找出事故原因。在這些原因中，我們不僅必須關(guān)注因果關(guān)系，還必須關(guān)注相關(guān)性。第四，要明確控制對象。根據(jù)綜合分析的結(jié)果，確定事故發(fā)生概率和事故可能產(chǎn)生的影響，確定事故在事故管理過程中的概率目標(biāo)；第五，建立故障樹。在以上分析和演繹推理的基礎(chǔ)上，逐步推論和分析事故發(fā)生的原因，清晰地表達(dá)出每個(gè)事件的邏輯關(guān)系，最終得到完整的分析系統(tǒng)圖[1]。

3 基于事故樹分析結(jié)果的安全管理建議

3.1 事故前應(yīng)采取的預(yù)防措施

①加強(qiáng)頂板支護(hù)。特別是遇到斷層等構(gòu)造造成頂板破碎的地段，更要加強(qiáng)工作面頂板支護(hù)。②消除水的影響。采煤工作面要盡量保持正?；夭?，預(yù)防應(yīng)力集中并長時(shí)間作用而造成導(dǎo)水縫帶高度和范圍不斷增大、導(dǎo)通上覆含水層，可考慮提前對含水層進(jìn)行注漿封堵。事故前應(yīng)采取的預(yù)防措施針對引發(fā)事故的原因，需提前采取以下預(yù)防措施：加強(qiáng)頂板支護(hù)。特別是遇到斷層等構(gòu)造造成頂板破碎的地段，更要加強(qiáng)工作面頂板支護(hù)[2]。

3.2 及時(shí)處理采空區(qū)

煤礦安全生產(chǎn)的理論和實(shí)踐表明，及時(shí)科學(xué)地處理荒地，對于防止作業(yè)中發(fā)生頂板事故具有重要的意義和價(jià)值，也是最合理有效的手段。當(dāng)前，存在三種處理煤礦中的空隙的主要方法：回填，密封和荒地的塌陷。其中，對荒地進(jìn)行全面回填是最徹底的處理方法，但必須根據(jù)礦山的特點(diǎn)安裝適當(dāng)?shù)幕靥钕到y(tǒng)，這需要較高的投資。毫無疑問，這是一種在開發(fā)中處理腔體的簡便方法，同時(shí)其成本更低。缺點(diǎn)是經(jīng)常造成表面損壞。因此，該方法不適用于表面上存在建筑物，農(nóng)業(yè)用地和河流的情況； 相對而言，這種處理方法中最簡單，最合適的處理方法，但它僅適用于遠(yuǎn)離工作表面的相對隔離的小部分工件。因此，在開采煤礦的過程中，有必要對每個(gè)開采出的空間進(jìn)行深入的研究和分析，要考慮煤礦工作面與工作方式之間的關(guān)系，并確定最合適的工作方式[3]。

3.3 事故后應(yīng)采取的防治措施

①疏。施工鉆孔進(jìn)行探放水，提前在工作面下方的13 采區(qū)專用回風(fēng)平巷施工3-5 個(gè)鉆孔，揭穿工作面上方的空洞，對空洞里的積水進(jìn)行排放，防止形成大量積水。②防。在運(yùn)輸巷適當(dāng)位置修建擋水設(shè)施，防止工作面頂板上方的空洞積水突然潰出，對作業(yè)人員造成傷害。③監(jiān)。加強(qiáng)工作面采空區(qū)方向來水來壓的觀測，特別是要及時(shí)對工作面頂板上方空洞探放水鉆孔的放水量進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)撤人處理。

4 結(jié)語

長期以來，很多礦山企業(yè)不重視采空區(qū)治理工作，大面積采空區(qū)長期積壓。此外，我國礦山存在著大量未處理的采空區(qū)，采空區(qū)的存在嚴(yán)重威脅著礦山安全。不同空區(qū)災(zāi)害案例表明，大部分空區(qū)災(zāi)害都是由于空區(qū)頂板巖體的大規(guī)模冒落引起的，應(yīng)根據(jù)空區(qū)穩(wěn)定性情況和礦山條件制定相應(yīng)空區(qū)災(zāi)害預(yù)防、控制措施。