煤礦瓦斯事故的事故樹分析研究

劉 剛

（同煤集團四臺礦，山西 大同 036000）

在煤礦主要事故類型中，瓦斯爆炸事故是危害較大、發生次數較多的一類事故，嚴重影響了我國煤炭的安全高效開采。因此，對煤礦瓦斯爆炸事故進行原因分析是制定防范措施的重要依據。

在事故分析方法中，事故樹分析法是一種常用的方法。事故樹分析法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。

1 瓦斯爆炸事故原因分析

煤礦瓦斯爆炸事故的發生必須同時具備三個條件，也就是瓦斯濃度達到爆炸界限5%～16%、達到650℃～750℃的引爆火源和不低于12%的氧氣濃度。一般來講，井下工作地點的氧氣濃度一定會達到12%，因此這是一個必然條件。那么分析瓦斯爆炸的主要原因就要從瓦斯濃度和火源入手。瓦斯濃度達到爆炸界限是瓦斯積聚的結果，造成瓦斯積聚的原因主要有瓦斯抽采不達標、通風系統不合理、風機停風、瓦斯突然涌出等；火源則主要是爆破、煤炭自燃、出現明火、電氣火花等。

根據事故致因理論的相關觀點來看，任何事故的發生都是由直接因素和基本因素所導致的。對煤礦瓦斯爆炸事故來說，其受到自然因素、地質條件、開采技術以及管理水平等多方面因素的影響，因此是一個復雜的、不確定的系統。通過事故樹分析，能夠理清導致瓦斯爆炸事故的因素及其集合，還可以通過重要度分析判斷因素的重要程度。

2 煤礦瓦斯事故的事故樹分析

2.1 事故樹的建立

前面已經對煤礦瓦斯事故的產生原因進行了簡單分析。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。建立事故樹，煤礦瓦斯爆炸事故的事故樹包括6個邏輯或門、1個邏輯與門和15個底事件，示意圖如圖1所示。

表1 事故樹代號與內容說明

2.2 煤礦瓦斯事故定性分析

對圖1所示煤礦瓦斯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，煤礦瓦斯事故的故障樹的最小割集為K1={x1x4x2}，K2={x1x4x3}，K3={x1x4x13}，K4={x1x4x14}，K5={x1x4x15}，K6={x1x5x2}，……，K44={x1x12x14}，K45={x1x12x15}，只要這些割集中的事件發生，就會導致瓦斯事故的發生。這些最小割集說明導致瓦斯事故發生的可能性有45種，也就是說發生瓦斯事故的可能性比較大。如K1割集中，如果x1(氧氣濃度)達到條件，同時底事件x2(煤炭自燃)導致存在明火火源，底事件x4(風路串聯)導致瓦斯積聚，那么此時就很容易發生瓦斯爆炸。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瓦斯爆炸事故的發生概率有一個初步的認識，詳細地分析要結合定量計算。

2.3 煤礦瓦斯爆炸事故樹定量計算

從事故樹結構可看出：瓦斯事故樹中或門個數占85.7%，與門個數占14.3%。這個比例說明瓦斯事故非常容易發生，這里對事故樹做定量計算。

進行頂事件的發生概率計算，算法如下式2所示：

結構重要度的比較：

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。x1到x15的各基本底事件的結構重要度排序為：

I(1)＞I(2)=I(3)=I(1 3)=I(1 4)=I(1 5)＞I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9) =I(10) =I(11) =I(12)

由此可知，在煤礦瓦斯事故中，除了氧氣濃度x1是必然條件，最重要之外，爆破火源x2、煤炭自燃x3、管理漏洞（違章吸煙x13、設備火花x14、電氣焊x15）等因素是對瓦斯爆炸事故影響較大的因素。

3 瓦斯事故的主要預防對策

通過對煤礦瓦斯爆炸事故進行事故樹分析，可以針對通風管理、瓦斯管理、火源管理等方面的重要因素提出解決的措施：

（1）優化通風系統，加強通風與瓦斯檢查。確保通風系統、通風網絡合理。對《煤礦安全規程》中不允許的串聯通風等要嚴格杜絕。對井下各用風地點的風量要進行定期的測定和分析，要科學分配風量，保障風量供應，不允許欠風生產。對通風系統要定期進行審查，確保通風系統穩定可靠。如果礦井需要對通風系統進行調整，必須及時編制調整設計和安全技術措施。礦井產量要與通風能力相適應，嚴禁超通風能力生產。同時，做好瓦斯檢查，及時準確地掌握井下瓦斯濃度。

（2）局部通風機必須實現“三專兩閉鎖”，即使用專用變壓器、專用開關和專用纜線（不允許搭接其他用電負荷），要有風電閉鎖和瓦斯電閉鎖。另外，要定期指定技術人員對通風機進行檢查與維護，了解通風機和供電系統的狀況，保證正常可靠的運行。

（3）如果遇到自然因素的變化，如地面大氣壓變化、開采中地質構造變化、瓦斯突然涌出等特殊情況時，要及時報告并制定詳細的通風和開采計劃。

（4）杜絕井下火源，所有入井人員不得穿化纖衣物，以免產生摩擦靜電火花；加強入井人員的管理，嚴禁吸煙，并注意其他火源。

4 總結

（1）本文從導致煤礦瓦斯爆炸的三個必要條件入手，分析了各個條件下的影響因素，并以此建立了由6個邏輯或門、1個邏輯與門和15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45個；通過定量分析可知，或門個數占85.7%，與門個數占14.3%，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，提出了優化通風系統、風機要“三專兩閉鎖”、制定應對自然條件變化的緊急預案和加強管理等措施。因此，煤礦瓦斯爆炸的事故樹分析具有一定的科學性和實踐性。