基于魚刺圖-事故樹的透水事故分析與防治

劉 玲

(大同煤礦集團有限責任公司大斗溝煤業公司，山西 大同 037001)

0 引言

我國煤礦隨經濟發展而日益進步，由于受到技術發展、地質條件、管理因素等多方面的影響，煤礦事故時有發生。其中，透水事故是比較常見且危害較大的一類事故，一旦發生可能造成大量人員傷亡和環境破壞，甚至直接導致礦井無法再次投入生產，所帶來經濟和社會影響都十分巨大[1-3]。為了減少礦井透水事故的發生幾率，有必要對引發透水事故的因素進行深入研究，以提高透水事故的預測和防治能力。

1 煤礦透水事故致因分析

1.1 礦山透水事故發生機理

礦井透水事故的發生需要地表徑流、地下水等透水水源與礦井生產系統進行貫通，并涌水量超出可控范圍就導致透水事故，即透水事故發生的3要素為：水源、通道、規模[4-6]，如圖1所示。透水事故發生的本源是水源，即主要井田范圍內存在可能引發透水事件的水源，如地表水、地下河、含水層、積聚的老坑水等，才有可能導致透水事故；其次，透水事故的發生需要這類透水水源能夠進入礦井，即透水通道；再次，井下透水只有超出礦井自身排水系統負荷，才會被稱為透水事故。

圖1 礦山透水事故的發生條件

1.2 影響礦井透水的因素

礦井透水的水源分自然水源和人為水源2種。

自然水源：自然水源一般分為地表水和地下水，大氣降水和地表水與礦井形成5 m以上的隔水層是無法進入礦井的，但是地表水源是地下水、含水層的主要補充源；地下水源根據礦層的接觸分為直接充水礦床和間接充水礦床；根據圍巖性質不同，各類充水礦床賦存條件也各不相同，分為砂礫石孔隙充水礦床、堅硬巖層裂隙充水礦床和巖溶充水礦床。

人為水源：人為水源有襲奪水、老空水等，襲奪水主要是由于開采活動造成地下水流場發生改變形成襲奪水源；廢棄井巷、采空區等處大量積水，水源無法循環流動積聚在采空區和井巷，形成老空水。礦井透水通道，通常褶曲、斷層以及頂板冒落裂隙帶、地面巖溶塌陷帶等地質構造易含水，并與含水層及地表水貫通；同時未封閉或封閉不嚴的勘探鉆孔也有可能構成透水通道。

2 透水事故分析及防治措施

2.1 魚刺圖分析

魚刺圖分析法：魚刺圖分析法通過帶指向性的線條和文字標識將事故結果和發生原因構成邏輯因果關系并構成因果分析圖，由于該分析法展開后的圖形形狀而被稱為魚刺圖[7-9]。魚刺圖法的優點在于能夠進行單一事故深入分析，也可以將多事故綜合處理，查找事故發生原因。魚刺圖法通常將事故原因及因素分為人、物、環境和管理4個方面進行展開，每個支線再進行展開，通過箭頭表示邏輯關系，最終與基本事件、主要因素連接。

魚刺圖繪制：魚刺圖分析法是在事故致因理論的基礎上，結合以往透水事故統計數據，并根據影響因素屬性，分為了人、物、環境和安全管理4個方面展開分析，繪制煤礦透水事故的魚刺圖，如圖2所示。從圖中可以看出，“魚頭”部分即事故對象，煤礦透水事故；四個主要的“魚刺”即影響事故發生的主要因素，人的因素、物的因素、環境因素和管理因素；一些小的“魚刺”則是每個主要因素下的具體事件。后面將對這些事件及一些主要的防治措施進行闡述。

圖2 煤礦透水事故的魚刺圖

2.2 事故樹分析

事故樹分析法：事故樹分析法在危險源辨析的基礎上將影響事故產生各類中間事件，基礎底事件(誘因)通過邏輯關系構成邏輯嚴密、思路清晰的事故樹分析模型，它可以建立已產生的事故或可能發生的事故，能夠從根本查找事故產生的直接原因，或根據事故樹模型對關鍵影響因素進行控制，避免事故發生[10-13]。事故樹分析可以完成定性分析，也可以通過底事件、中間事件的發生概率進行定量分析，確定關鍵致因。

層次分析模型：通過將煤礦透水事故定義為頂上事件，將人、機、環境、管理作為4個中間事件，將導致透水事故產生的各類基礎事件{X1法律意識淡薄；X2危害認識不足；X3思想麻痹;X4心存僥幸；X5專業知識缺乏；X6越界開采；X7未進行探放水；X8數量不足;X9設備年久失修;X10安全投入不足;X11排放水設備不符合標準；X12地質資料不全；X13排水系統設計不合理；X14井筒位置不合理；X15人為水源；X16自然水源；X17地質條件；X18透水通道；X19制度不健全；X20監督不到位；X21應急預案不到位；X22安全培訓不到位；X23雨季防洪不到位；X24探放水不到位}等事件定義為底事件，將煤礦透水事故樹模型構成一個4層的層次分析模型，如圖3所示。

求解分析：事故樹中最小割集是事故樹中頂上事件發生的必要條件，各最小割集構成了導致事故發生的各類誘因組合方式，也可以表述為引發頂上事件的最小基本事件的集合。可以通過布爾代數法確定煤礦透水事故的各個最小割集。

圖3 煤礦透水事故分析模型示意圖

T=M1·M2·M3·M4

T=(X1+…+X7)·(X8+…+X14)·

(X15+…+X18)·(X16+…+X24)

T=X1·X8·X15·X16+…+X7·X14·X18·X24

(1)

通過最小割集求解，可得到最小割集1 176個。這些最小割集代表了能夠引發礦井透水事故發生的最小數量事件的集合。相反為了避免頂上事件的發生，可以通過最小徑集的方法確定能夠避免頂上事件發生的各類基礎事件集合。

T′=M1+M2+M3+M4

T′=X1·X2·X3·X4·X5·X6·X7+X8·X9·X10·X11·X12·X13·X14+X15·X16·X17·X18+X19·X20·X21·X22·X23·X24

(2)

可得出最小徑集為4個，通過最小割集和最小徑集的分析，可以確定已發生事故是如何產生的，也可以確定如何最大限度控制隱患，確保礦井生產安全，避免井下水害影響。

2.3 防治措施

人的方面：透水水源是一種客觀存在，人們通過生產活動改變井下作業空間，與透水水源建立貫通的導水通道，如非法生產、超層越界開采、破壞防水設施等。從某種意義上，透水事故主因是井下作業人員安全意識淡薄，違章指揮和違章作業。所以，如何提高人員安全意識、安全防透水技能，是井下防治水害的主要控制手段之一。首先，通過安全意識教育，提高對水害防治重要性的認知，杜絕不必要的不安全行為；同時加強安全技能培訓，提高井下作業人員能夠及時發現透水事故的能力和自救技能。

物的方面：通常指的是礦井排水系統和排水設施狀況，該環節實際上是井下防治水害的最后一個環節。為了在水害發生或者井下出現涌水現象后，能快速有效地進行井下排水，區域密閉防止災害擴大。因此，防水墻、防水閘門、防水密閉、保安礦柱等防水設施的選擇和設計，以及井下排水設備選型，都應在充分考察礦井所在區域降水和井下水文地質的情況下，合理進行設計和施工，滿足相關規定要求和礦井防治需要。

環境方面：透水事故的傷害源為實際存在的透水水源，該環節是客觀現象，無法直接消除。為了避免透水事故的發生，需要主動控制和遠離透水水源。應注意井下防洪措施，加強雨季巡查，制定專項應急處置措施；礦井在工作面以井巷布置應遠離地表水及透水通道發育區域，避免與地表水源貫通；對地下水方面的控制，也應進行有效規避，為此應加強水文地質探查，充分了解礦井及附近水文地質狀況。

安全管理方面：一切井下作業活動的前提都是在組織管理下進行的，有效的安全管理能夠最大程度控制人的不安全行為和物的不安全狀態。首先應落實“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水文探查制度，加強安全監管力度，落實各項安全管理制度，建立各項專項處置及撤離方案；加強對管理及作業人員的安全培訓，提高管理及作業人員法律及安全意識，有效避免不安全行為的發生，同時加強安全技能培訓。

3 結語

在分析煤礦透水事故發生機理、發生原因的基礎上，以“魚刺圖”分析法為基礎，繪制了煤礦透水事故魚刺圖，為現場提供了有力、有理的分析方法，方便安全管理人員和技術人員在復雜的因素中迅速、有效地判斷潛在風險。通過事故樹分析法對礦井透水事故進行分析，在魚刺圖分析的基礎上，對導致井下透水事故的各類致因進行分析，構成事故分析模型，并通過最小割集確定事故發生的各類原因，以及通過最小徑集確定如何有效避免透水事故發生，確保礦井生產安全，并提出了針對性措施以提高井下水害防范能力。