故障樹定性分析在機采盤區片冒事故預防管理中的應用

薛希忠

（金川集團股份有限公司三礦區，甘肅 金昌 737100）

片冒事故在金川鎳礦安全事故中占有很大的比重，據統計金川鎳礦某礦片冒事故占全部安全事故的34.4%，而這一統計中還沒有將片冒造成的設備損害事故納入其中。分析和預防片冒事故的發生一直是金川鎳礦安全管理控制的重點。本文將故障樹分析方法應用于金川鎳礦片冒事故的分析和預防中，對改善金川鎳礦安全管理具有重要的現實意義。

1 故障樹（FTA）分析簡介

故障樹（FTA）廣泛用應于系統安全工程分析中，是樹的一種特殊形式，屬于系統工程中的圖論范疇，樹就是一個無圈的連通圖，而故障樹則是從結果道原因描述故障的方向樹。

在編制故障樹時，首先要確立頂上事件。所謂頂上事件就是故障樹分析的對象事件。如充填體頂板片冒致傷事故、礦巖片冒致傷事故等。在明確了頂上事件后，就要找出構成這一事件的直接原因，如人的不安全行為，通風不暢等。然后再找出構成直接原因的第二層原因，直到最基本的原因。頂上事件、中間事件和基本事件之間由邏輯門將之連接形成故障樹系統。基本的邏輯門符號如下圖所示。

圖1 邏輯“或”門

圖2 邏輯“與”門

邏輯“或”門，標示只要有一個或一個以上輸入事件出現則輸出事件就出現，只有全部輸入事件都不出現，輸出事件才不出現的邏輯關系。其符號如圖1所示。

邏輯“與”門，標示全部輸入事件出現則輸出事件才出現，只要有一個輸入事件不出現，則輸出事件就不出現的邏輯關系。其符號如圖2所示。

2 片冒事故故障樹分析

金川鎳礦應用下向分層膠結充填采礦法，片冒事故是其生產工藝過程中經常發生的安全事故。金川鎳礦片冒事故有兩大類，一類是充填體片冒，另一類是礦巖片冒。現將兩類片冒事故按照FAT方法分析如下：

圖3 充填體片冒事故樹圖

圖4 礦巖片冒事故樹圖

以上故障樹分析可以看出，如將兩類片冒事故故障樹結合成一個就成為金川鎳礦片冒事故樹。其中共有中間事件9個，即：支護不良、人的不安全行為（其中包括檢撬不徹底一個中間事件）、充填體質量不佳（其中又包含充填準備不合格、充填作業發生故障兩個中間事件）、地質條件差、爆破影響、地壓活動，基礎事件27個。從故障樹結構來看，所有的基本事件和中間事件、中間事件和頂上事件之間均以“或”門連接，而基本事件共有27個之多，也就是說這27個基本事件中有一個發生，片冒事故就有可能發生，這也是片冒事故為什么會在金川鎳礦安全事故中占有高達34.4%比例的根本原因。為了更加詳細的對片冒事故發生原因進行分析，根據片冒事故故障樹分析出的27個基本事件從人、環境、管理三個方面進行逐一分析。

2.1 人的因素分析

故障樹顯示造成片冒事故的基本事件中人的因素共有8個即：沒有檢撬、選位不當、檢撬順序不當、充填鋪連不合格、吊掛不合格、碎石未清凈、鑿巖不正確、無爆破警戒，涉及人的不安全行為、充填準備不合格和爆破影響三個中間事件。

2.2 環境因素分析

故障樹顯示造成片冒事故的環境因素共有：照明不足、通風不良、節理發育、斷層破碎帶、礦巖接觸帶和季節變化共6個基本事件，涉及地壓活動、地質條件差和檢撬不徹底三個中間事件。

2.3 管理因素分析

故障樹顯示涉及管理因素的基本事件有相鄰盤區影響、采空區過大、鑿巖不正確、充填原料配比不良、水進入采場、打底高度不夠、充填次數＞3、支護不及時、沒有支護、支護質量差、支護被破壞、底板不平整、進路超高共13個。共涉及檢撬不徹底、充填準備不合格、充填作業發生故障、地壓活動、支護不良共五個中間事件，而支護不良和充填準備不合格包含的基本事件最多，達到了9個。

3 片冒事故預防

從片冒事故故障樹分析可以看出，要預防片冒事故就必須從加大教育培訓投入、改善作業環境、實施科學化管理三方面入手。

3.1 加大教育培訓投入

片冒事故故障樹分析中涉及的8項人的因素，都反映出從業人員技能差、安全責任意識不強的特點，要有效預防片冒事故就必須在嚴肅不安全行為經濟考核力度的基礎上，大幅提高安全教育培訓投入，從物力、財力、人力三方面加大對從業人員安全技能培訓和安全意識教育的力度，不斷提高從業人員的綜合素質，遏制不安全行為。在這里需要考慮的是教育培訓不僅僅是辦了多少期培訓班，而應該考慮做的內容和原因，解決了那些實際問題或潛伏的問題，杜絕那種種將錯的事情也做得很好的不良現象。同時安全教育還應該包括廠區及社區安全知識宣傳、作業現場安全警示標語掛設、辦公區安全警語掛設、獎勵表現優異者等安全文化培育行為。

3.2 改善作業環境

地下礦山開采受生產工藝影響，作業環境相對惡劣。片冒事故故障樹基本事件中和環境因素有關的共有6項，其中節理發育、斷層破碎帶等三個還屬于井下礦山固有特性，人力無法根除。但在實際生產過程中，照明不足、通風不暢、空間狹小、高溫潮濕、跑冒滴漏等作業環境對作業行為的影響卻是潛移默化的。不良環境往往會引發員工忽視作業程序，冒險蠻干的行為。而這種行為的“蝴蝶”效應會不斷擴大，進而引發多個作業環節存在違章、違標行為的連鎖反應，最終不可避免的引發事故。因此，必須不斷改善作業環境，做到現場整潔有序，強制或引導員工形成自律、自主安全管理的工作作風，嚴格按照規程、標準、制度作業，減少和避免片冒事故的發生。

3.3 實施科學化管理，提高礦山本質安全化水平

片冒事故故障樹分析中涉及管理因素的基本事件有13個，占全部基本事件的48%。其中支護不良和充填準備不合格又包含9個基本事件，占全部基本事件的33%。可見要預防片冒事故，必須實施科學化、標準化管理，提高充填體質量、研究完善支護方式，加強支護過程質量監控和績效考核，不斷提高礦山的本質安全化水平。

3.3.1 不斷提高充填體質量

金川礦山采用下向膠結充填法，充填體的質量對預防片冒事故具有十分重大的影響。必須實施科學管理，不斷提高充填體質量。

（1）膠結充填體的強度主要取決于水泥的含量。而水泥耗量和采礦成本又息息相關。實際應用中必須通過試驗來確定水泥的最佳加入量。

（2）在水泥用量不變的條件下，通過控制用水量和骨粒粒徑，保持料漿濃度大于75%，同時在每次充填結束后，必須及時排水，而不是在接頂時再進行一次性排水，降低充填過程中的離析現象，提高充填體質量。

（3）在充填工藝系統具有高度的可靠性和穩定性的前提下，必須保證充填打底的合理高度,減少充填次數，降低不接頂面積。目前金川鎳礦雖然在充填過程中都采用1：4的高灰砂比，但如果打底層高度過小（＜1.6m），下分層頂板的水平拉應力必然增大，不利于安全生產。同時，充填次數過多、充填不接頂，必然減弱充填頂板的整體穩定性，最終引發充填體頂板的冒落。

（4）用粉煤灰代替部分水泥做膠凝劑效果明顯，但從現場充填體來看，部分進路水泥的水化硬化過程受到了影響，影響了充填體強度，因此，必須嚴格控制粉煤灰的添加量。

（5）加大對充填準備過程不合格項的考核力度和頻度，督促基層單位嚴格按照設計標準進行充填準備過程作業。

（6）從生產現場來看，充填不接頂和充填體頂板高低不齊有著直接關系，同時現場充填體頂板發生開裂甚至冒落也和頂板高低不平有著直接聯系，必須不斷加強回采過程質量管控，實現底板平整，掘進、回采規格符合工藝標準，從而提高充填體整體穩定性。

3.3.2 加強支護方式研究

金川礦山巖體破碎、埋藏深、地壓力大，地壓活動頻繁，使巷道圍巖在完成支護和多次返修后仍繼續收斂變形，給安全生產帶來很大影響。而支護不良是導致片冒事故發生的一個重要原因。金川鎳礦要預防和控制片冒事故，就必須在現有噴錨網支護、錨注支護的基礎上，加強對支護方式的研究，嚴格支護過程管理，不斷提高支護質量。

4 結語

故障樹分析法在對金川鎳礦片冒事故發生機理分析以及事故事故預防措施的制定方面具有重要的實踐價值。金川鎳礦要預防和避免片冒事故的發生，必須結合實踐和礦山實際不斷提高礦山的裝備水平、管理水平和從業人員綜合素質，從多方面入手，加強日常的技術管理和質量控制工作。同時還需要指出的是工藝技術創新和管理創新對降低和防止片冒事故具有同等重要的意義。