基于事故樹的煤礦瓦斯爆炸事故危險因素分析

屋頂爆炸是礦山生產中最重要的事故之一。瓦斯爆炸事故的發生必須同時具備3個基本條件:瓦斯積聚、供氧、引爆火源。近年來,隨著開采深度的增加和高強度機械化采掘,自然災害的威脅更加突出。在煤礦復雜的開采條件下,形成瓦斯積聚與引爆火源的原因復雜多樣,這給具體的事故分析帶來了困難。運用事故樹分析法可以對煤礦瓦斯爆炸事故進行定性分析,確定各事件對事故的影響程度,進而提出相應的控制措施。1事故樹的樹形圖事故樹分析(FTA),是一種演繹推理法,這種方法把系統可能發生的某種事故與導致事故發生的各種原因之間的邏輯關系用一種稱為事故樹的樹形圖表示,通過對事故樹的定性與定量分析,找出事故發生的主要原因,為確定安全對策提供可靠依據,以達到預測與預防事故發生的目的。2中間事件的發生機制選擇煤礦瓦斯爆炸作為事件樹的頂上事件T,根據事故樹構建原理和煤礦瓦斯爆炸事故發生機理可知,導致頂上事件發生的主要原因(中間事件A1、A2、X1、X28)有4個:瓦斯積聚、火源、瓦斯濃度達到5%~16%、氧氣。找出導致中間事件發生的直接因素,直至不需要繼續分析的底事件Xi為止,建立事故樹。煤礦瓦斯爆炸事故基本事件見表1,煤礦瓦斯爆炸事故樹分析見圖1。3運行樹分析3.1事故樹簡化為了對煤礦瓦斯爆炸事故樹進行定性、定量分析,需要用布爾代數表達,自上而下展開。利用布爾代數與主要運算法則可進行事故樹化簡。3.2瓦斯襲擊事件的危險基于事故樹的一種計算引起頂上事件發生的基本事件的集合叫做割集,一個事故樹中的割集一般不止一個。引起頂上事件發生的最小限度的基本事件的集合叫做最小割集。每個最小割集都是頂上事件發生的一種可能途徑,因此最小割集越多,系統越危險。建立事故樹布爾表達式,并化為最簡標準式,求取最小割集。根據圖1,由布爾代數法求事故樹最小割集的過程如下:分解上式,可得最小割集:求得最小割集共154組,用最小割集表示等效事故樹如圖2所示。在瓦斯爆炸事故樹中,任何一組最小割集的基本事件同時發生,頂上事件就會發生,說明頂上事件發生的途徑有154條。最小割集表示系統的危險性,每個最小割集都是煤礦瓦斯爆炸發生的一種可能途徑,說明煤礦瓦斯爆炸的可能性和危險性很大,其中任一最小割集Ei中的基本事件同時發生,就會引起煤礦瓦斯爆炸。從事故樹分析得知,風路阻塞、采空區漏風、帶電檢修、違章放炮等都是引起煤礦瓦斯爆炸的重要危險因素。3.3基本事件的所集如果事故樹中某些基本事件不發生,則頂上事件不發生,這些基本事件的集合稱為徑集,而保證頂上事件不發生的最小限度的基本事件的集合叫做最小徑集。根據圖3,由布爾代數法求解事故樹最小徑集的過程如下:即,事故樹的最小徑集為用最小徑集表示的煤礦瓦斯爆炸事故樹如圖4所示。從最小徑集分析可知,最小徑集有4組。最小徑集表示系統的安全性,任一最小徑集中基本事件不發生,煤礦瓦斯爆炸就不會發生。因此,阻止煤礦瓦斯爆炸的直接方法就是阻止某些基本事件的發生。3.4結構重要度分析結構重要度分析是從事故樹結構上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各基本事件的發生概率的情況下,分析各基本事件的發生對頂上事件的發生所產生的影響程度。這是一種定性的重要度分析。在目前事故樹分析大都停留在定性階段的情況下,結構重要度分析顯得尤為重要。采用排列法求解,結構重要度分析結果如下:由結構重要度分析可知,基本事件X1、X28結構重要度最大,所以,控制礦井瓦斯濃度不達到瓦斯爆炸界限和斷絕氧氣是預防煤礦瓦斯爆炸發生的最有效方法。控制瓦斯濃度、防止瓦斯積聚應從防止系統漏風、風流短路、采空區漏風、老頂垮落、瓦斯報警器失誤等途徑來控制煤礦瓦斯爆炸事故的發生。氧氣在通常情況下是自然滿足的,因而控制火源是防止瓦斯爆炸的關鍵。應從避免井下電焊、帶電檢修、違章放炮、井下吸煙等方面來消除引爆火源。4瓦斯爆破事故的預防(1)從事故樹結構上來看,導致瓦斯爆炸事故的基本事件有28個,這些事件通過互相結合來導致事故的發生,要想從根本上杜絕事故的發生就必須阻止所有這些基本事件的結合,然而這些事件涉及的面很廣,很難全面進行控制,因此,必須對各事件之間的邏輯關系進行分析,為確定安全對策提供可靠依據。(2)從最小割集和最小徑集的組數來看,最小割集有154組,最小徑集有4組。即頂上事件可能發生的條件有154條,預防的措施有5條,最小割集所包含的基本事件個數遠大于最小徑集包含的基本事件,所以瓦斯爆炸事故是極易發生且難以控制。(3)從結構重要度來看,基本事件X1、X28結構重要度最大,所以,控制礦井瓦斯濃度不達到瓦斯爆炸界限和斷絕氧氣是預防煤礦瓦斯爆炸發生的最有效方法。氧氣在通常情況下是自然滿足的,因而控制火源是防止瓦斯爆炸的關鍵。應從避免井下電焊、帶電檢修、違章放炮、井下吸煙等方面來消除引爆火源。(4)應采取如下瓦斯防治措施:建立瓦斯抽放設施,對煤層進行瓦斯抽放,以達到安全生產的條件;使用本質安全型機械設備,杜絕明火的存在;采用供電閉鎖裝置和超前切斷電源的控制設備,高瓦斯采掘工作面必須安裝瓦斯自動檢測報警斷電裝置;必須嚴格遵守“一炮三檢”制度,使用合格的煤礦許用炸藥和電雷管;落實安全