基于事故樹的掘進(jìn)工作面頂板事故防控措施研究

徐秀華

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 福建福州 350007）

1 研究背景

福建省煤礦均為低瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型均為中等及以下，煤層不易自燃。近年來(lái)，采取針對(duì)性的防控措施，“水害、瓦斯、火災(zāi)”三大災(zāi)害得到有效防控，頂板事故防控則成為制約福建煤礦安全的最主要工作，特別是自2020 年以來(lái)，福建煤礦發(fā)生的3 起導(dǎo)致4 人死亡的生產(chǎn)安全事故均為頂板事故，必須引起足夠重視。通過(guò)掘進(jìn)工作面頂板事故樹［1］研究，系統(tǒng)探討煤礦炮掘工作面頂板事故防控措施。

2 福建煤礦頂板事故特征與致因分析

2.1 福建煤礦頂板事故特征分析

福建省煤礦自2010 年至2021 年7 月共發(fā)生煤礦死亡事故37 起，死亡50 人，其中較大6 起，死亡19 人，沒有較大以上事故。6 起較大事故中頂板事故和水害事故各占一半，除1起水害事故死亡4 人外，其他5 起較大事故均死亡3 人；頂板事故共發(fā)生23 起，死亡32 人，占事故起數(shù)和死亡人數(shù)的比例分別為62.2%和46%；23 起頂板事故中，17 起發(fā)生在掘進(jìn)工作面，導(dǎo)致23 人死亡，占頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)的比例分別為73.9%和71.9%。分析2010 年來(lái)煤礦事故，掘進(jìn)工作面頂板事故存在以下特征：

（1）頂板事故頻發(fā)多發(fā)，其中以掘進(jìn)工作面發(fā)生頂板事故最為嚴(yán)重。

（2）掘進(jìn)工作面頂板事故零敲碎打，但不容忽視。事故以一般事故為主，少有較大事故，得益于優(yōu)化采掘作業(yè)勞動(dòng)組織，沒有發(fā)生較大以上頂板事故。

（3）掘進(jìn)工作面頂板事故極易發(fā)生在斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育部位。

福建煤礦頂板事故多發(fā)頻發(fā)，且以掘進(jìn)工作面頂板事故為主，成為威脅礦工生命安全的主要風(fēng)險(xiǎn)，故以掘進(jìn)工作面頂板事故為研究對(duì)象，通過(guò)事故樹分析，優(yōu)化掘進(jìn)工作面頂板事故管控措施。

2.2 掘進(jìn)工作面頂板事故致因分析

福建省煤礦巷道掘進(jìn)均采用炮掘工藝，機(jī)械化程度低下，導(dǎo)致頂板事故的原因多樣，給人一種“防不勝防”的感覺。掘進(jìn)工作面頂板事故包括兩種類型：一是片幫，二是頂板冒落。一旦擊中人體就會(huì)導(dǎo)致傷亡事故。

導(dǎo)致片幫發(fā)生的直接原因主要有三個(gè)：一是巷道兩幫巖塊松動(dòng)未及時(shí)清除；二是巷道兩幫無(wú)背板；三是巷道兩幫背板不實(shí)。

頂板冒落傷人原因復(fù)雜多樣，按照人的因素和物的因素兩大方面進(jìn)行分析。

（1）人的因素方面。主要包括違章作業(yè)、敲幫問(wèn)頂不正確。①違章作業(yè)。包括：工人進(jìn)入報(bào)廢巷道、放炮前沒有加固靠近掘進(jìn)迎頭的支架、沒有修復(fù)加固被放炮崩倒和松動(dòng)的支架、空頂距過(guò)大、沒及時(shí)敲幫問(wèn)頂、無(wú)支護(hù)作業(yè)、永久支護(hù)與工作面之間沒有設(shè)臨時(shí)支護(hù)、巷道維修不及時(shí)等。②敲幫問(wèn)頂不正確。包括工人經(jīng)驗(yàn)不足（站立位置不當(dāng)、使用不當(dāng)?shù)那猛诠ぞ撸┖退枷肼楸裕]有徹底撬落可能掉落巖塊、沒有采取適當(dāng)措施、冒險(xiǎn)在浮巖下作業(yè)）兩大方面。

（2）物的因素方面。主要包括支護(hù)質(zhì)量低劣支護(hù)強(qiáng)度不夠和架棚時(shí)震動(dòng)冒落兩個(gè)方面。①支護(hù)質(zhì)量低劣。包括：棚距過(guò)大、架棚材料不符合要求、頂板沒接頂背實(shí)、棚子架的不牢固、架棚沒放入腿窩、支架間沒設(shè)撐木或拉桿。②架棚時(shí)震動(dòng)冒落。包括：沒發(fā)現(xiàn)頂板已松動(dòng)、棚子沒頂住松動(dòng)的頂板、敲打架棚。

3 掘進(jìn)巷道頂板事故事故樹分析

3.1 構(gòu)建事故樹分析圖

根據(jù)頂板事故的致因分析結(jié)果，確定掘進(jìn)工作面頂板事故為事故樹的頂上事件，片幫或頂板冒落且擊中人體時(shí)導(dǎo)致事故發(fā)生［1］。據(jù)此列出掘進(jìn)巷道頂板事故事故樹各事件。

（1）頂上事件。T—掘進(jìn)巷道頂板事故。

（2）中間事件。A1—片幫，A2—頂板冒落，A3—違章作業(yè)，A4—敲幫問(wèn)頂不正確，A5—支護(hù)質(zhì)量低劣，A6—架棚時(shí)震動(dòng)冒落，A7—工人經(jīng)驗(yàn)不足，A8—工人思想麻痹。

（3）基本事件。X1—擊中人體；X2—巷道兩幫巖塊松動(dòng)未清除，X3—巷道兩幫無(wú)背板，X4—巷道兩幫背板不實(shí)；X5—工人進(jìn)入報(bào)廢巷道，X6—放炮前沒有加固靠近掘進(jìn)迎頭的支架，X7—沒有修復(fù)加固被放炮崩倒和松動(dòng)的支架，X8—空頂距過(guò)大，X9—沒及時(shí)敲幫問(wèn)頂，X10—無(wú)支護(hù)作業(yè)，X11—永久支護(hù)與工作面之間沒有設(shè)臨時(shí)支護(hù)，X12—巷道維修不及時(shí)；X13—使用不適當(dāng)?shù)那送诠ぞ?，X14—站立位置不當(dāng)，X15—冒險(xiǎn)在浮巖下作業(yè)；X16—沒有徹底撬落可能掉落巖塊，X17—沒有采取適當(dāng)措施；X18—棚距過(guò)大，X19—架棚材料不符合要求，X20—頂板沒接頂背實(shí)，X21—棚子架的不牢固，X22—架棚沒放入腿窩，X23—支架間沒設(shè)撐木或拉桿；X24—沒發(fā)現(xiàn)頂板已松動(dòng)，X25—棚子沒頂住松動(dòng)的頂板，X26—敲打架棚。

構(gòu)建事故樹分析如圖1。

圖1 事故樹分析圖

3.2 事故樹定性分析

（1）求解最小割集。由最小割（徑）集個(gè)數(shù)判定式可知，該事故樹的最小徑集多于最小割集數(shù)，所以從最小割集著手分析較為方便。

將各基本事件帶入式（1），分解可求得18 個(gè)最小割集：

由此可見，掘進(jìn)巷道發(fā)生頂板事故的可能途經(jīng)有18 條，這些在有的事故案例已出現(xiàn)，有的雖然還沒有典型案例發(fā)生，但同樣潛伏著某個(gè)時(shí)刻發(fā)生的危險(xiǎn)。潛在的因素同樣要引起足夠的重視，絕不能以血的代價(jià)來(lái)補(bǔ)充。

（2）結(jié)構(gòu)重要度分析。由結(jié)構(gòu)重要度公式：

得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序如下：

由圖1 可見，導(dǎo)致頂上事件（掘進(jìn)巷道頂板事故）發(fā)生的初始原因（基本事件）有26 個(gè)，這些基本事件在實(shí)際工作中要嚴(yán)加管控，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)（即掘進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)頂板事故隱患），要立即消除（隱患治理）。

從最小割集的分布及各基本事件結(jié)構(gòu)重要度的大小可以看出，導(dǎo)致掘進(jìn)巷道頂板事故的最主要原因是違章作業(yè)和支護(hù)質(zhì)量低，其次是敲幫問(wèn)頂不正確和片幫。

3.3 防控措施分析

（1）嚴(yán)禁違章作業(yè)。要加強(qiáng)安全教育，提高采掘作業(yè)工人安全意識(shí)和安全能力，所有作業(yè)人員都要自覺嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程和其它有關(guān)安全生產(chǎn)的規(guī)定。如掘進(jìn)工作面到永久支護(hù)之間，應(yīng)設(shè)臨時(shí)支護(hù)。嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程的規(guī)定，設(shè)置永久支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。

放炮前，要加固靠近工作面的支架，必須從外向里逐架先行修復(fù)放炮崩倒、損毀的支架，方可進(jìn)入工作面進(jìn)行作業(yè)。

每次放炮后，要先敲幫問(wèn)頂，處理好浮矸后，方可進(jìn)入工作面。井下嚴(yán)禁人員隨意進(jìn)入已報(bào)廢巷道；在松軟的煤、巖層或流沙性的地層中掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)采用前探支架或其它有效的防護(hù)措施。

（2）確保支護(hù)質(zhì)量。支護(hù)絕不能流于形式。為防止冒頂，要確保支護(hù)質(zhì)量，如支護(hù)時(shí)，不得為圖省事而不開鑿?fù)雀C，嚴(yán)禁把棚腿置于浮矸或底板上；用于支護(hù)的材料應(yīng)滿足要求；支架之間要設(shè)撐木拉桿，以加固支架；頂板與支架之間應(yīng)接頂背實(shí)。

（3）做好敲幫問(wèn)頂。敲幫問(wèn)頂是發(fā)現(xiàn)松動(dòng)巖石，并及時(shí)給予處理的極其有效且簡(jiǎn)單易行的方法。然而，在事故案例中卻發(fā)現(xiàn)許多敲幫問(wèn)頂不正確，而直接引起的傷亡事故。

在敲幫問(wèn)頂時(shí)，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)那送诠ぞ撸ㄈ缱銐蜷L(zhǎng)的鋼釬等），而且站立的位置要安全；對(duì)一時(shí)無(wú)法撬落、可能掉落的巖塊，絕不能掉以輕心。冒險(xiǎn)在其下方作業(yè)時(shí)，應(yīng)采取可靠的臨時(shí)支護(hù)措施，以防冒落傷人。

（4）有效防止片幫。應(yīng)及時(shí)清除兩幫松動(dòng)的巖塊，并且對(duì)兩幫進(jìn)行背板，背板的質(zhì)量要符合要求。

從事故樹分析圖及實(shí)際事故案例看，引發(fā)掘進(jìn)巷道頂板事故的主要因素是“人的因素”，造成頂上事件發(fā)生的初始原因大多為人的不安全行為。要消除人的不安全行為，關(guān)鍵是要強(qiáng)化教育培訓(xùn)，提升教育培訓(xùn)的針對(duì)性。要做好掘進(jìn)巷道頂板事故防控教育和技能培訓(xùn)，最基礎(chǔ)的工作是周密編制作業(yè)規(guī)程，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方隱蔽致災(zāi)因素（地質(zhì)異常帶），準(zhǔn)確設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，明確支護(hù)要求，周密編制頂板事故防控措施，明確班組工作流程。這樣在對(duì)班組工人進(jìn)行安全培訓(xùn)時(shí)，才能明確工人掘進(jìn)作業(yè)時(shí)面臨的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提升安全意識(shí)；才能準(zhǔn)確告知工人如何控制頂板事故風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除頂板事故隱患，進(jìn)而提升工人安全能力；才能確保工人工作有標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)成工人上標(biāo)準(zhǔn)崗、干標(biāo)準(zhǔn)活、出標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的習(xí)慣，從而有效筑牢事故防控的兩道防線，提升安全水平。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)掘進(jìn)巷道頂板事故樹分析，確定嚴(yán)禁違章作業(yè)是防控頂板事故的最主要措施，其次為支護(hù)質(zhì)量，這與巷道頂板事故案例統(tǒng)計(jì)結(jié)果是一致的。在每一起頂板事故的背后，均存在違章作業(yè)的因素。要有效遏制掘進(jìn)巷道頂板事故，首先要周密編制掘進(jìn)巷道作業(yè)規(guī)程，為掘進(jìn)工人安全培訓(xùn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，確保培訓(xùn)質(zhì)量，使工人樹牢安全意識(shí)，使標(biāo)準(zhǔn)成為習(xí)慣，從而提升安全技能。事故樹分析為構(gòu)建事故預(yù)防的第一道防線——風(fēng)險(xiǎn)管控提供方法借鑒，本文的案例分析成果，可為煤礦炮掘工作面頂板事故的防控措施提供參考。