事故樹分析法在采煤工作面熱害分析中的應(yīng)用

楊　青

(安徽省煤炭科學(xué)研究院)

?

事故樹分析法在采煤工作面熱害分析中的應(yīng)用

楊青

(安徽省煤炭科學(xué)研究院)

摘要隨著礦井開采深度的增加，井下環(huán)境進(jìn)一步惡化，高溫?zé)岷O大的威脅著井下作業(yè)人員的身體健康、工作效率和礦井生產(chǎn)安全，給煤礦帶來了比較嚴(yán)重的危害。運(yùn)用事故樹分析法對(duì)煤礦采煤工作面高溫?zé)岷Χㄐ苑治觯页鰧?dǎo)致采煤工作面高溫?zé)岷Φ母鞣N因素，采用布爾代數(shù)法，得出采煤工作面熱害發(fā)生的最小割集和最小徑集，計(jì)算各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，進(jìn)而為采取熱害治理措施提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞事故樹分析法熱害結(jié)構(gòu)重要度最小割集最小徑集

近幾年我國煤礦開采深度進(jìn)一步加大，部分老礦井及新建大型礦井已經(jīng)步入深部開采階段。隨著礦井采掘機(jī)械化程度的提高以及開采深度的不斷增加，高溫?zé)岷?duì)煤礦井下勞動(dòng)工人的身體健康、工作效率和生產(chǎn)安全都有著極大的威脅。

由于礦井采煤工作面煤壁暴露面積較大、機(jī)電設(shè)備較多、采空區(qū)內(nèi)遺煤放熱等原因，采煤工作面一般是礦井通風(fēng)系統(tǒng)中氣溫最高的區(qū)段。運(yùn)用事故樹分析法對(duì)采煤工作面高溫?zé)岷M(jìn)行定性分析，找出導(dǎo)致采煤工作面高溫?zé)岷Φ母鞣N因素，進(jìn)而為治理熱害提供依據(jù)。

1事故樹分析法概述

事故樹分析法是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一，也叫故障樹分析法[1]。從一個(gè)可能發(fā)生的事故一級(jí)一級(jí)逐步推導(dǎo)引發(fā)事故的直接原因、間接原因以及觸發(fā)事件，并針對(duì)導(dǎo)致事故的原因相互之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，最后把這些事件以及之間的相互邏輯關(guān)系以事故樹圖的形式表達(dá)出來[2]。

2事故樹的建立

采煤工作面熱害源主要為圍巖散熱、氧化放熱、風(fēng)流壓縮熱、機(jī)電設(shè)備散熱等，其中任何一個(gè)事件的發(fā)生都可導(dǎo)致頂上事件采煤工作面熱害的發(fā)生[3]。

采煤工作面供風(fēng)不足、進(jìn)回風(fēng)巷未能及時(shí)維護(hù)、煤層未采取預(yù)冷措施、進(jìn)回風(fēng)巷無隔熱措施等基本事件都是圍巖散熱這一中間事件的主要原因。

生產(chǎn)區(qū)(采空區(qū))有足夠的遺煤，在長時(shí)間漏風(fēng)的情況下，是氧化放熱源的主要因素；生產(chǎn)區(qū)(采空區(qū))內(nèi)有足夠的遺煤主要體現(xiàn)在區(qū)內(nèi)煤柱破碎，冒頂遺煤未及時(shí)清理，煤炭回收率低；巷道布置在煤層中，斷層煤柱留設(shè)不合理，區(qū)段煤柱留設(shè)不合理都會(huì)導(dǎo)致區(qū)內(nèi)煤柱破碎；開采條件復(fù)雜、回采率低、煤柱多是煤炭回收率低的原因；工人技術(shù)水平低下，采煤方法選擇不當(dāng)，未堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)，浮煤未清理或清理不徹底導(dǎo)致區(qū)內(nèi)浮煤多都是導(dǎo)致回采率低的基本原因。生產(chǎn)區(qū)(采空區(qū))漏風(fēng)主要體現(xiàn)在通風(fēng)方式不合理，冒頂產(chǎn)生空陷，采空區(qū)與通風(fēng)巷道連通，頂板管理不當(dāng)，鉆孔管理不嚴(yán)；工作面通風(fēng)方式選擇不當(dāng)、角聯(lián)風(fēng)路多是通風(fēng)方式不合理的基本因素；冒頂未處理或處理不妥是產(chǎn)生空陷的原因；厚煤層分層開采時(shí)再生頂板裂隙多，采空區(qū)上隅角未充填或充填不嚴(yán)實(shí)等都會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)；頂板管理不當(dāng)主要體現(xiàn)在未及時(shí)處理頂板，處理方法不妥；鉆孔管理不嚴(yán)主要體現(xiàn)在鉆孔未封閉，個(gè)別鉆孔損壞，鉆孔封口損壞，鉆孔密閉不嚴(yán)實(shí)[4]。

風(fēng)流壓縮熱的產(chǎn)生主要體現(xiàn)為設(shè)計(jì)時(shí)未考慮熱害和風(fēng)流線路過長。爆破時(shí)間選擇不當(dāng)、熱水漫流、疏導(dǎo)熱水方法不當(dāng)?shù)纫彩钱a(chǎn)生熱源的因素。采煤工作面機(jī)電設(shè)備較多，設(shè)備功率選擇過大、散熱措施不力、電氣線路設(shè)計(jì)不合理也是高溫?zé)嵩粗弧?/p>

綜合上述熱害產(chǎn)生原因分析，建立采煤工作面熱害事故樹，見圖1。

3事故樹分析

3.1最小割集

事故樹中能夠?qū)е马斏鲜录l(fā)生的一組基本事件稱為割集，能夠引發(fā)頂上事件最低限度的基本事件的集合稱為最小割集。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。

圖1　采煤工作面熱害原因事故樹

T—采煤工作面熱害；A1—圍巖散熱；A2—氧化放熱；A3—風(fēng)流壓縮熱；A4—其他熱源散熱；A5—巷道通風(fēng)不力；A6—圍巖隔熱措施不力；A7—生產(chǎn)區(qū)(采空區(qū))漏風(fēng)；A8—區(qū)內(nèi)有足夠的遺煤；A9—熱水散熱；A10—機(jī)電設(shè)備散熱；A11—通風(fēng)方式不合理；A12—冒頂產(chǎn)生空陷；A13—采空區(qū)與通風(fēng)巷道連通；A14—頂板管理不當(dāng)；A15—鉆孔管理不嚴(yán)；A16—區(qū)內(nèi)煤柱破碎；A17—煤炭回收率低；A18—回采率低；A19—區(qū)內(nèi)浮煤多；X1—時(shí)間；X2—設(shè)計(jì)時(shí)未考慮熱害；X3—風(fēng)流線路過長；X4—爆破時(shí)間選擇不當(dāng)；X5—巷道未能及時(shí)維護(hù)；X6—供風(fēng)能力不足；X7—煤層無預(yù)冷措施；X8—巷道干濕度不合理；X9—無隔熱措施；X10—熱水漫流；X11—熱水管位置不合理；X12—疏導(dǎo)熱水方法不當(dāng)；X13—散熱措施不力；X14—選擇設(shè)備功率過大；X15—電氣線路設(shè)計(jì)不合理；X16—工作面通風(fēng)方式選擇不當(dāng)；X17—角聯(lián)風(fēng)路多；X18—冒頂未處理；X19—冒頂處理不妥；X20—厚煤層分層開采時(shí)再生頂板裂隙多；X21—采空區(qū)上隅角未充填；X22—采空區(qū)上隅角充填不嚴(yán)實(shí)；X23—必要時(shí)未對(duì)采空區(qū)注漿；X24—未及時(shí)處理頂板；X25—頂板處理方法不妥；X26—鉆孔未封閉；X27—個(gè)別鉆孔損壞；X28—鉆孔封口損壞；X29—鉆孔密閉不嚴(yán)實(shí)；X30—主要巷道布置在煤層中；X31—區(qū)段煤柱留設(shè)不合理；X32—斷層煤柱留設(shè)不合理；X33—冒頂遺煤未清理；X34—煤柱多；X35—開采條件復(fù)雜；X36—工人技術(shù)水平低；X37—采煤方法選擇不當(dāng)；X38—必要時(shí)未復(fù)采；X39—未堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)；X40—浮煤未清理；X41—浮煤清理不徹底

利用布爾代數(shù)及運(yùn)算法則進(jìn)行事故樹化簡：

T=A1+A2+A3+A4=A5+A6+A7A8X1+X2+X3+A9+X4+A10=X5+X6+X7+X8+X9+(A11+A12+A13+A14+A15)(A16+A17+X33)X1+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15=X5+X6+X7+X8+X9+(X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X28+X29)(X30+X31+X32+X34+X40+X41+X36+X37+X38+X39+X35+X33)X1+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15=X5+X6+X7+X8+X9+X1X16X30+X1X16X31+X1X16X32+X1X16X33+X1X16X34+X1X16X35+X1X16X36+X1X16X37+X1X16X38+X1X16X39+X1X16X40+X1X16X41+X1X17X30+X1X17X31+X1X17X32+X1X17X33+X1X17X34+X1X17X35+X1X17X36+X1X17X37+X1X17X38+X1X17X39+X1X17X40+X1X17X41+X1X18X30+X1X18X31+X1X18X32+X1X18X33+X1X18X34+X1X18X35+X1X18X36+X1X18X37+X1X18X38+X1X18X39+X1X18X40+X1X18X41+X1X19X30+X1X19X31+X1X19X32+X1X19X33+X1X19X34+X1X19X35+X1X19X36+X1X19X37+X1X19X38+X1X19X39+X1X19X40+X1X19X41+X1X20X30+X1X20X31+X1X20X32+X1X20X33+X1X20X34+X1X20X35+X1X20X36+X1X20X37+X1X20X38+X1X20X39+X1X20X40+X1X20X41+X1X21X30+X1X21X31+X1X21X32+X1X21X33+X1X21X34+X1X21X35+X1X21X36+X1X21X37+X1X21X38+X1X21X39+X1X21X40+X1X21X41+X1X22X30+X1X22X31+X1X22X32+X1X22X33+X1X22X34+X1X22X35+X1X22X36+X1X22X37+X1X22X38+X1X22X39+X1X22X40+X1X22X41+X1X23X30+X1X23X31+X1X23X32+X1X23X33+X1X23X34+X1X23X35+X1X23X36+X1X23X37+X1X23X38+X1X23X39+X1X23X40+X1X23X41+X1X24X30+X1X24X31+X1X24X32+X1X24X33+X1X24X34+X1X24X35+X1X24X36+X1X24X37+X1X24X38+X1X24X39+X1X24X40+X1X24X41+X1X25X30+X1X25X31+X1X25X32+X1X25X33+X1X25X34+X1X25X35+X1X25X36+X1X25X37+X1X25X38+X1X25X39+X1X25X40+X1X25X41+X1X26X30+X1X26X31+X1X26X32+X1X26X33+X1X26X34+X1X26X35+X1X26X36+X1X26X37+X1X26X38+X1X26X39+X1X26X40+X1X26X41+X1X27X30+X1X27X31+X1X27X32+X1X27X33+X1X27X34+X1X27X35+X1X27X36+X1X27X37+X1X27X38+X1X27X39+X1X27X40+X1X27X41+X1X28X30+X1X28X31+X1X28X32+X1X28X33+X1X28X34+X1X28X35+X1X28X36+X1X28X37+X1X28X38+X1X28X39+X1X28X40+X1X28X41+X1X29X30+X1X29X31+X1X29X32+X1X29X33+X1X29X34+X1X29X35+X1X29X36+X1X29X37+X1X29X38+X1X29X39+X1X29X40+X1X29X41+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15.

通過對(duì)事故樹的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化分析，該事故樹的最小割集為182個(gè)。

3.2最小徑集

某些基本事件的集合不發(fā)生，則頂上事件也不發(fā)生，把這組基本事件的集合稱為徑集，致使事故樹中頂上事件不發(fā)生的最低限度的基本事件的集合稱為最小徑集。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性。

采煤工作面熱害事故樹對(duì)偶的成功樹結(jié)構(gòu)函數(shù)：

T′=A1′·A2′A3′A4′=A5′A6′ (A7′+A8′)X1′X2′X3′A9′X4′A10′=X5′X6′X7′X8′X9′(A11′A12′A13′A14′A15′+A16′A17′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X5′X6′X7′X8′X9′(X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X30′X31′X32′X34′A18′X35′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X5′X6′X7′X8′X9′(X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X30′X31′X32′X34′X40′X41′X36′X37′X38′X39′X35′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X1′X2′X3′X4′X5′X6′X7′X8′X9′X10′X11′X12′X13′X14′X15′X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X1′X2′X3′X4′X5′X6′X7′X8′X9′X10′X11′X12′X13′X14′X15′X30′X31′X32′X33′X34′X35′X36′X37′X38′X39′X40′X41′.

該成功樹的最小割集：

K1=(X1′，X2′，X3′，X4′，X5′，X6′，X7′，X8′，X9′，X10′，X11′，X12′，X13′，X14′，X15′，X16′，X17′，X18′，X19′，X20′，X21′，X22′，X23′，X24′，X25′，X26′，X27′，X28′，X29′);K2=(X1′，X2′，X3′，X4′，X5′，X6′，X7′，X8′，X9′，X10′，X11′，X12′，X13′，X14′，X15′，X30′，X31′，X32′，X33′，X34′，X35′，X36′，X37′，X38′，X39′，X40′，X41′).

即原事故樹的最小徑集：

P1=(X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X29);P2=(X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X30，X31，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38，X39，X40，X41).

最小徑集共有2組，表明控制頂上事件的發(fā)生有2種可選擇的方案。

3.3結(jié)構(gòu)重要度

假設(shè)事故樹中各基本事件的發(fā)生概率均相同，或者忽略各基本事件的發(fā)生概率，分析導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的各基本事件所引發(fā)的影響程度。在目前事故樹分析大都停留在定性分析階段的情況下，結(jié)構(gòu)重要度分析顯得較為重要。

各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度：

從結(jié)構(gòu)重要度分析來看，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15這些基本事件最為重要。

4結(jié)論

以安全系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ)，將事故樹分析法運(yùn)用到礦井采煤工作面熱害評(píng)價(jià)中，得到最小割集182個(gè)，最小徑集2個(gè)，即導(dǎo)致頂上事件采煤工作面熱害發(fā)生的基本條件有182個(gè)，預(yù)防頂上事件發(fā)生的措施有2個(gè)。可見，采煤工作面熱害是非常容易發(fā)生且難以預(yù)防控制。

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度分析，要使頂上事件不發(fā)生，主要重點(diǎn)應(yīng)放在X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15這些基本事件的預(yù)防上。結(jié)合實(shí)際可操作性，熱害治理措施主要為加強(qiáng)巷道維護(hù)和合理增大風(fēng)量，合理開拓部署，選擇適當(dāng)功率的機(jī)電設(shè)備，及時(shí)對(duì)采空區(qū)注漿充填，抑制采空區(qū)氧化散熱等。最后希望從事煤礦高溫?zé)岷ぷ鞯目蒲腥藛T在研究更經(jīng)濟(jì)合理的熱害防治措施的同時(shí)，能夠一并研究礦井熱害的評(píng)價(jià)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]林柏泉,張景林.安全系統(tǒng)工程[M] .北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007.

[2]趙耀江.安全評(píng)價(jià)理論與方法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2008.

[3]陳安國.礦井熱害產(chǎn)生的原因、危害及防治措施[J] .中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2004，14(8)：3-6.

[4]張習(xí)軍,王長元，姬建虎，等.礦井熱害治理技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J] .煤礦安全,2009，40(3)：33-37.

(收稿日期2015-12-13)

楊青(1983—)，男，助理研究員，230001 安徽省合肥市宣城路81號(hào)。