基于事故樹的掘進工作面頂板事故防控措施研究

徐秀華

（福建船政交通職業學院 福建福州 350007）

1 研究背景

福建省煤礦均為低瓦斯礦井，水文地質類型均為中等及以下，煤層不易自燃。近年來，采取針對性的防控措施，“水害、瓦斯、火災”三大災害得到有效防控，頂板事故防控則成為制約福建煤礦安全的最主要工作，特別是自2020 年以來，福建煤礦發生的3 起導致4 人死亡的生產安全事故均為頂板事故，必須引起足夠重視。通過掘進工作面頂板事故樹［1］研究，系統探討煤礦炮掘工作面頂板事故防控措施。

2 福建煤礦頂板事故特征與致因分析

2.1 福建煤礦頂板事故特征分析

福建省煤礦自2010 年至2021 年7 月共發生煤礦死亡事故37 起，死亡50 人，其中較大6 起，死亡19 人，沒有較大以上事故。6 起較大事故中頂板事故和水害事故各占一半，除1起水害事故死亡4 人外，其他5 起較大事故均死亡3 人；頂板事故共發生23 起，死亡32 人，占事故起數和死亡人數的比例分別為62.2%和46%；23 起頂板事故中，17 起發生在掘進工作面，導致23 人死亡，占頂板事故起數和死亡人數的比例分別為73.9%和71.9%。分析2010 年來煤礦事故，掘進工作面頂板事故存在以下特征：

（1）頂板事故頻發多發，其中以掘進工作面發生頂板事故最為嚴重。

（2）掘進工作面頂板事故零敲碎打，但不容忽視。事故以一般事故為主，少有較大事故，得益于優化采掘作業勞動組織，沒有發生較大以上頂板事故。

（3）掘進工作面頂板事故極易發生在斷層等地質構造發育部位。

福建煤礦頂板事故多發頻發，且以掘進工作面頂板事故為主，成為威脅礦工生命安全的主要風險，故以掘進工作面頂板事故為研究對象，通過事故樹分析，優化掘進工作面頂板事故管控措施。

2.2 掘進工作面頂板事故致因分析

福建省煤礦巷道掘進均采用炮掘工藝，機械化程度低下，導致頂板事故的原因多樣，給人一種“防不勝防”的感覺。掘進工作面頂板事故包括兩種類型：一是片幫，二是頂板冒落。一旦擊中人體就會導致傷亡事故。

導致片幫發生的直接原因主要有三個：一是巷道兩幫巖塊松動未及時清除；二是巷道兩幫無背板；三是巷道兩幫背板不實。

頂板冒落傷人原因復雜多樣，按照人的因素和物的因素兩大方面進行分析。

（1）人的因素方面。主要包括違章作業、敲幫問頂不正確。①違章作業。包括：工人進入報廢巷道、放炮前沒有加固靠近掘進迎頭的支架、沒有修復加固被放炮崩倒和松動的支架、空頂距過大、沒及時敲幫問頂、無支護作業、永久支護與工作面之間沒有設臨時支護、巷道維修不及時等。②敲幫問頂不正確。包括工人經驗不足（站立位置不當、使用不當的敲挖工具）和思想麻痹（沒有徹底撬落可能掉落巖塊、沒有采取適當措施、冒險在浮巖下作業）兩大方面。

（2）物的因素方面。主要包括支護質量低劣支護強度不夠和架棚時震動冒落兩個方面。①支護質量低劣。包括：棚距過大、架棚材料不符合要求、頂板沒接頂背實、棚子架的不牢固、架棚沒放入腿窩、支架間沒設撐木或拉桿。②架棚時震動冒落。包括：沒發現頂板已松動、棚子沒頂住松動的頂板、敲打架棚。

3 掘進巷道頂板事故事故樹分析

3.1 構建事故樹分析圖

根據頂板事故的致因分析結果，確定掘進工作面頂板事故為事故樹的頂上事件，片幫或頂板冒落且擊中人體時導致事故發生［1］。據此列出掘進巷道頂板事故事故樹各事件。

（1）頂上事件。T—掘進巷道頂板事故。

（2）中間事件。A1—片幫，A2—頂板冒落，A3—違章作業，A4—敲幫問頂不正確，A5—支護質量低劣，A6—架棚時震動冒落，A7—工人經驗不足，A8—工人思想麻痹。

（3）基本事件。X1—擊中人體；X2—巷道兩幫巖塊松動未清除，X3—巷道兩幫無背板，X4—巷道兩幫背板不實；X5—工人進入報廢巷道，X6—放炮前沒有加固靠近掘進迎頭的支架，X7—沒有修復加固被放炮崩倒和松動的支架，X8—空頂距過大，X9—沒及時敲幫問頂，X10—無支護作業，X11—永久支護與工作面之間沒有設臨時支護，X12—巷道維修不及時；X13—使用不適當的撬挖工具，X14—站立位置不當，X15—冒險在浮巖下作業；X16—沒有徹底撬落可能掉落巖塊，X17—沒有采取適當措施；X18—棚距過大，X19—架棚材料不符合要求，X20—頂板沒接頂背實，X21—棚子架的不牢固，X22—架棚沒放入腿窩，X23—支架間沒設撐木或拉桿；X24—沒發現頂板已松動，X25—棚子沒頂住松動的頂板，X26—敲打架棚。

構建事故樹分析如圖1。

圖1 事故樹分析圖

3.2 事故樹定性分析

（1）求解最小割集。由最小割（徑）集個數判定式可知，該事故樹的最小徑集多于最小割集數，所以從最小割集著手分析較為方便。

將各基本事件帶入式（1），分解可求得18 個最小割集：

由此可見，掘進巷道發生頂板事故的可能途經有18 條，這些在有的事故案例已出現，有的雖然還沒有典型案例發生，但同樣潛伏著某個時刻發生的危險。潛在的因素同樣要引起足夠的重視，絕不能以血的代價來補充。

（2）結構重要度分析。由結構重要度公式：

得各基本事件的結構重要度排序如下：

由圖1 可見，導致頂上事件（掘進巷道頂板事故）發生的初始原因（基本事件）有26 個，這些基本事件在實際工作中要嚴加管控，一經發現（即掘進過程出現頂板事故隱患），要立即消除（隱患治理）。

從最小割集的分布及各基本事件結構重要度的大小可以看出，導致掘進巷道頂板事故的最主要原因是違章作業和支護質量低，其次是敲幫問頂不正確和片幫。

3.3 防控措施分析

（1）嚴禁違章作業。要加強安全教育，提高采掘作業工人安全意識和安全能力，所有作業人員都要自覺嚴格執行作業規程和其它有關安全生產的規定。如掘進工作面到永久支護之間，應設臨時支護。嚴格按照作業規程的規定，設置永久支護和臨時支護。

放炮前，要加固靠近工作面的支架，必須從外向里逐架先行修復放炮崩倒、損毀的支架，方可進入工作面進行作業。

每次放炮后，要先敲幫問頂，處理好浮矸后，方可進入工作面。井下嚴禁人員隨意進入已報廢巷道；在松軟的煤、巖層或流沙性的地層中掘進時，應采用前探支架或其它有效的防護措施。

（2）確保支護質量。支護絕不能流于形式。為防止冒頂，要確保支護質量，如支護時，不得為圖省事而不開鑿腿窩，嚴禁把棚腿置于浮矸或底板上；用于支護的材料應滿足要求；支架之間要設撐木拉桿，以加固支架；頂板與支架之間應接頂背實。

（3）做好敲幫問頂。敲幫問頂是發現松動巖石，并及時給予處理的極其有效且簡單易行的方法。然而，在事故案例中卻發現許多敲幫問頂不正確，而直接引起的傷亡事故。

在敲幫問頂時，應使用適當的撬挖工具（如足夠長的鋼釬等），而且站立的位置要安全；對一時無法撬落、可能掉落的巖塊，絕不能掉以輕心。冒險在其下方作業時，應采取可靠的臨時支護措施，以防冒落傷人。

（4）有效防止片幫。應及時清除兩幫松動的巖塊，并且對兩幫進行背板，背板的質量要符合要求。

從事故樹分析圖及實際事故案例看，引發掘進巷道頂板事故的主要因素是“人的因素”，造成頂上事件發生的初始原因大多為人的不安全行為。要消除人的不安全行為，關鍵是要強化教育培訓，提升教育培訓的針對性。要做好掘進巷道頂板事故防控教育和技能培訓，最基礎的工作是周密編制作業規程，準確預測掘進前方隱蔽致災因素（地質異常帶），準確設計支護參數，明確支護要求，周密編制頂板事故防控措施，明確班組工作流程。這樣在對班組工人進行安全培訓時，才能明確工人掘進作業時面臨的風險，進而提升安全意識；才能準確告知工人如何控制頂板事故風險，及時發現并消除頂板事故隱患，進而提升工人安全能力；才能確保工人工作有標準，養成工人上標準崗、干標準活、出標準產品的習慣，從而有效筑牢事故防控的兩道防線，提升安全水平。

4 結語

通過掘進巷道頂板事故樹分析，確定嚴禁違章作業是防控頂板事故的最主要措施，其次為支護質量，這與巷道頂板事故案例統計結果是一致的。在每一起頂板事故的背后，均存在違章作業的因素。要有效遏制掘進巷道頂板事故，首先要周密編制掘進巷道作業規程，為掘進工人安全培訓奠定堅實基礎，確保培訓質量，使工人樹牢安全意識，使標準成為習慣，從而提升安全技能。事故樹分析為構建事故預防的第一道防線——風險管控提供方法借鑒，本文的案例分析成果，可為煤礦炮掘工作面頂板事故的防控措施提供參考。