馬脊梁礦通風系統故障分析與安全性評價

侯坤龍

（同煤集團馬脊梁礦，山西 大同 037027）

1 概述

1.1 事故樹與層次分析法概述

礦井中新鮮空氣通過通風動力供應至各需風點，并及時排除、稀釋內部有毒有害氣體，保證礦井內部空氣流通，其中涉及的礦井的通風方式、方法以及整個通風網絡統稱為礦井通風系統。在地下礦井生產過程中，隨著開采深度和開采規模不斷加大，井下需風量不斷增加，礦井內部風阻變大，對內部風流和風流控制日益困難，伴隨而來的不安全因素不斷增多，如瓦斯、煤塵爆炸等事故發生的幾率不斷增加。確保礦井通風系統可靠有效運行能有效保證礦井生產的持續，增強和提高礦井防災、抗災能力。

事故樹分析（FTA）是最常見的安全系統工程分析方式，其從事故出發，通過對引發事故的因素進行逐級分析，查找可能觸發事故的直接、間接因素，將整個事件中各個因數通過邏輯關系相互串聯，最后形成具有邏輯關系的邏輯樹圖。層次分析法（AHP）是一種綜合的評價方法，根據建立的不同層級權重和對因素指標打分，從而得到最為客觀、準確的評價結果。將事故樹分析法與層次分析法結合起來對煤礦通風系統進行評價，既可以得到綜合的評價，還可以針對結果對某一因素進行具體的分析，這樣建立的評價體系更為完善、可靠、全面。同時，實用價值也更高。

1.2 馬脊梁煤礦簡介

大同煤礦集團有限責任公司馬脊梁礦井田面積17.49km2，采用斜井單水平多煤層聯合開拓，傾斜長壁全部垮落采煤法。通風方式為中央并列分區混合式，采用抽出式負壓通風。礦井總負壓為6530Pa，相對瓦斯涌出量為0.61m3/t，為低瓦斯礦井。

2 通風系統事故樹分析

2.1 事故樹分析的基本流程

事故樹構建從頂上事件開始，逐級分析，構成整個樹狀結構，具體流程如下：

（1）頂上事件的確定。確定所要分析的頂上事件，即需要完成分析的對象。

（2）根據事故致因理論完成對事件涉及人、物、環境以及管理因素的資料分析和因素了解。

（3）事故調查。事故的發生發展有著必然的聯系，必須通過調查確定故障產生原因，以及連鎖反應中的邏輯關系。

（4）控制目標的確認。通過相關事故進行數理統計，確定事故發生概率及危害程度，也就是概率目標值的確定。

（5）構成事故樹。由頂上事件，根據各影響因素逐級發展，通過邏輯關系表述至事故發生的基本點為止。

（6）定性分析。事件結構重要度排序的確認，事故樹通過簡化處理，確定最小割集和徑集。

（7）定量分析。頂上事件最終需要確定事故發生和發展的概率，根據計算需要確定頂上事件的概率重要度以及臨界重要度。

（8）結論。通過最小割集確定事故發生所有可能方案，以及通過最小徑集確定防止方案，確定分析結論以及針對事故發生因素的對策。

2.2 馬脊梁煤礦通風系統事故樹的建立

通過對馬脊梁煤礦通風系統的分析，結合過去出現的事故類型，總結導致通風系統故障的主要有因素為：通風方式、通風動力系統、通風風流和通風管理。根據事故發生規律和事故誘發原因，將導致通風系統事故隱患的基本事件羅列，由各事件的邏輯關系構成通風系統分析事故樹，如下圖1所示。

圖1 礦井通風系統故障事故樹

事故樹中各事件說明如下表1所示。

表1 通風系統故障事故樹說明

從圖1事故樹中可以看出，事故樹的主要組成包括8個或門和2個與門，影響因素主要包括9個中間事件和40個底事件。從安全原理的角度來看，這些影響因素基本包括了物（通風設施）的角度、環境（風流）的角度以及人（通風管理）的角度，比較全面的對礦井通風事故進行了概括。

3 通風系統評價指標體系

通風系統事故樹是故障查找的一種具體手段，針對的是故障預測與預防。而通風系統評價是針對整個通風系統的綜合性評價。層次分析法是科學評價中常用的方法之一。根據上述事故樹所做的具體分析，可以建立評價體系。對事故樹中的具體因素進行簡單的整合，得出評價體系如圖2所示。該體系的中間層（A層）包括三個因素，因素層（B層）包括11個因素。

圖2 礦井通風系統評價指標體系

根據層次分析法的計算要求，建立矩陣，運用MATLAB計算，可以得到各指標在整個體系中的具體權重值。計算結果如表2所示。

表2 礦井通風系統評價體系權重計算結果

依據《煤礦安全規程》、《煤礦安全監察條例》等相關規定，對各評價指標的隸屬度進行劃分，并進行歸一化處理，得出各評價指標在評價體系中隸屬分級情況，詳細見以下列表3～表5所示。

根據馬脊梁礦通風系統現狀，對各因素進行專家打分，得分結果如表2所示，權重與得分的乘積作為單項最終得分，最后累加各項得分，得到馬脊梁礦通風系統評分為0.86。因此，礦井通風系統運行良好。

表3 礦井風動力狀態各級指標隸屬度

表4 通風風流狀態各級指標隸屬度

表5 通風管理狀態各集指標隸屬度

4 結論

（1）通過事故樹分析法針對煤礦通風系統故障、不可靠問題進行研究，從通風系統動力狀況、通風風流狀況和通風系統管理狀況三個方面出發，建立了較為完善的事故樹，可以最大限度為礦井查找影響通風系統不可靠的危害因素提供方便，也便于及時采取防范和整治措施。

（2）根據建立的事故樹，結合層次分析法，建立了通風系統可靠性評價體系，可以對礦井通風的綜合情況進行評價。

（3）事故樹與層次分析法相結合的方法可以為礦井通風管理提供更為科學合理的方法，從綜合評價和細節查詢兩個方面進行全面的管理，并提高管理效率。