煤礦頂板事故原因分析與管理措施研究

李強

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

在煤礦事故中，頂板事故是發生比重較大（次數超過50%以上，人員死亡占所有煤炭事故死亡人數的30%以上）的事故。因此，研究煤礦頂板事故，對事故致因進行科學分析、判斷，制定有效的預防措施對于煤炭的安全高效開采是非常重要和必要的。

在事故分析方法中，事故樹分析法是一種非常常用的方法。能夠通過邏輯關系對各類系統中的事故致因、結果進行逐級展示和分析，形成樹形圖。并可以進行定性分析與定量計算，為事故分析和針對性措施的制定提供科學依據。本文利用事故樹分析法對煤礦頂板事故進行分析，并根據分析結果提出解決頂板問題的措施。

1 概述

1.1 頂板事故

在煤炭的地下開采過程中，受到地質條件和開采技術因素的影響，發生頂板冒落事故，輕則給煤炭生產帶來影響，重則導致人身傷亡事故。在采用綜合機械化采煤工藝之前，頂板事故發生比例高達75%左右。隨著液壓支架的普及和頂板防控技術的深入研究，頂板事故比例有所下降，不過仍然是煤礦主要事故之一。隨著采煤技術的不斷發展，開采深度越來越深、巷道斷面不斷加大，工作面頂板事故的預防更加重要。在生產實踐中，發生頂板事故最主要的原因有：一是缺乏對頂板事故發生原因的認識與探究；二是缺乏具有針對性的預防措施。

導致頂板事故的因素有很多，但是最主要的有以下幾個方面：.

（1）環境因素。環境因素主要是指地質條件，包括頂板來壓、頂板應力分布、頂板地質條件（如松軟程度、破碎程度等）。

（2）支護條件。當頂板來壓的時候，支護質量的好與壞會對頂板冒落與否產生直接的影響。如果支護密度和可塑量過小或者支護不及時，都會導致支架斷裂、頂板垮塌。

（3）頂板的監測預報情況。從安全理論的角度分析，頂板檢測不準確很容易導致頂板事故的發生。監測不準確既可能是物的因素（儀器不精準）又可能是人的因素（檢測人員記錄預報有誤）。

（4）管理失誤。管理失誤、指揮失誤、違章作業都有可能直接導致煤礦頂板事故，造成人員傷亡。

1.2 事故樹

事故樹分析法也被叫做故障樹分析法，簡稱為FTA。它是從結果出發，尋找與結果相關的因素，并建立因果邏輯關系圖進行深入分析的一種分析方法。在進行事故樹分析時，通常把要分析的時間放在最上面，即作為事故樹頂事件，之后從上至下逐層進行原因分解。在分解過程中，有一些因素可能是其他原因導致的，這些因素成為中間事件。中間事件要繼續進行分析直到分析到不能進一步為止，這些最后的因素稱為底事件。各類事件之間是通過邏輯門連接在一起的，代表著不同的邏輯運算方法。對于任何一個系統來講，分析導致事故的各種因素以及它們之間的邏輯關系，并根據分析采取相應的措施來控制和消除，是降低事故范圍、減少事故損失的有效方法。

2 煤礦頂板事故的事故樹分析

2.1 事故樹的建立

首先了解頂板的相關資料，包括頂板的地質條件，開采技術，支護技術等。確定了相關背景之后，要對各因素之間的邏輯關系進行分析，確定正確的邏輯關系以便于進行定性分析與定量計算。

通過前面對煤礦頂板事故的分析，查閱相關文獻并結合部分頂板事故案列，建立了故障樹。該煤礦頂板事故故障樹包括5個邏輯或門、1個邏輯與門和10個底事件，見圖1。

圖1 煤礦頂板事故的事故樹

表1 事故樹代號與內容說明

2.2 煤礦頂板事故定性分析

對圖1中煤礦頂板事故的事故樹進行定性分析，求該事故樹的最小割集，以此判斷相關底事件對與頂事件的影響。通過簡單的布爾運算可以求得系統最小割集。從圖中邏輯關系分析，最小割集的計算方法如下：

從式（1）可以看出，煤礦頂板事故的故障樹的最小割集為K1={x1x7}，K2={x1x8}，K3={x1x9}，K4={x1x10}，K5={x2x7}，K6={x2x8}， …… K22={x6x8}，K23={x6x9}，K24={x6x10}，只要這些割集中的事件發生，就會導致頂板事故的發生。這些最小割集說明導致頂板事故發生的可能性有24種，也就是說發生頂板事故的可能性比較大。如K1割集中，如果底事件x1（支護不當）發生，那么頂板支護就會出現問題；如果同時底事件x11（沒有監測）發生，沒有及時發現支護出現問題，當有礦工進入該區域的時候，就可能導致頂板事故并造成人員傷亡。其他割集的分析也是一樣的原理。通過定性分析可以對煤礦頂板事故發生概率有一個初步的認識，詳細的分析要結合定量計算。

2.3 煤礦頂板事故定量計算

從事故樹結構可看出:頂板事故樹中或門個數占83.3%，與門個數占16.7%。這個比例說明頂板事故非常容易發生，這里對事故樹做定量計算。

頂事件的發生概率計算，算法如式（2）所示：

結構重要度的比較:

從結構重要度是了解各底事件重要程度的參考量。假設不考慮概率因素，分析各事件的出現次數，可以簡單求得事件結構重要度。分析結果如下，x1到x10的各基本底事件的結構重要度排序可知各基本事件的結構重要度的大小為:

由此可知，在煤礦頂板事故中，沒有監測預報x7、預報不準確x8、管理疏漏x9、違章作業 x10，對頂板事故的發生比較重要，所以要從這幾個基本事件抓起來減少頂板事故的發生。

3 頂板事故的主要預防對策

通過對頂板事故進行事故樹分析，可以針對重要因素提出對策：

1）要有良好準確的頂板監測。這樣才能夠及時掌握井下頂板情況，了解其活動規律，提前預知頂板來壓，盡早采取防護措施。還能掌握頂板活動范圍，有針對性的對某一區域采取措施。

2）要加強頂板管理。對于存在問題的巷道及時進行支護和維修，提高支護強度、確保支護到位，杜絕空頂作業，發現彎曲、彎曲支架第一時間進行修理。

3）嚴格落實各項制度。要按照安全規程要求抓好管理人員和礦工的基本素質，增強員工安全主動性和安全自覺性。定期進行安全培訓，牢固樹立安全第一的思想，確保安全生產。

4 結語

1）本文從地質、支護、監測和管理等方面分析了導致煤礦頂板事故的因素，并以此建立了由5個邏輯或門、1個邏輯與門和10個底事件組成的事故樹。通過定性分析可知，該事故樹最小割集有24個；通過定量分析可知，或門個數占83.3%，與門個數占16.7%，因此容易導致事故發生。

2）通過事故樹分析，針對重要度較高的因素，提出了要有良好準確的頂板監測、要加強頂板管理和嚴格落實各項制度的措施。因此，煤礦頂板事故的事故樹分析具有一定的科學性和實踐性。

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