基于事故樹分析的煤礦瓦斯爆炸評價研究

1安全評價的意義隨著煤炭形成過程中產生的氣體隨著時間的推移而產生。由于其易阻塞性和易爆性，屋頂事故是礦工生產過程中的潛在安全風險。如果預防和管理措施不落實，就會導致屋頂事故。安全評價是利用系統工程方法對擬建或已有工程、系統可能存在的危險性及其可能產生的后果進行綜合評價和預測,并根據可能導致的事故風險的大小提出相應對策措施,以達到工程、系統安全的目的。安全評價是現代化、科學化安全管理的重要環節和保證。筆者根據自己煤礦安全評價工作的經驗,運用預先危險分析和事故樹分析對低瓦斯煤礦安全評價中瓦斯可能存在的事故類別、出現條件等進行分析,找出最嚴重的瓦斯事故,確定其危險等級,并提出相應的控制措施。2煤礦瓦斯事故的危險性分析預先危險分析是在某項工作開始之前,為實現系統安全而對系統進行的初步分析,對系統中存在的危險性類別、出現條件,事故后果進行分析,其目的是識別系統中的潛在危險,確定其危險等級,防止危險發展成事故。煤礦瓦斯事故主要有:瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出和瓦斯窒息。在這3類事故中,因為本文討論的是低瓦斯煤礦,所以排除煤與瓦斯突出事故,剩下瓦斯爆炸和瓦斯窒息2種事故類型。下面分析這2類事故的危險性,也就是根據危險性等級劃分表1確定危險等級的過程。瓦斯窒息是指由于瓦斯的存在,使空氣中的氧氣濃度降低,讓人感覺呼吸困難、窒息,直到死亡,其危險程度可劃為II級。而瓦斯爆炸會產生高溫火焰、爆炸沖擊波,造成人員傷亡、電氣設備毀壞,引起火災,其危險程度可劃為Ⅳ級,是低瓦斯煤礦最嚴重的瓦斯事故,必須予以果斷排除并進行重點防范。下面通過事故樹對瓦斯爆炸做進一步分析。3系統工程方法研究的“樹”事故樹是一種描述事故因果關系的有方向的“樹”,既適用于定性分析,又能進行定量分析,體現了以系統工程方法研究安全問題的系統性、準確性和預測性。3.1上事件發生原因選擇瓦斯爆炸作為事故樹的頂上事件,根據上述事故樹構建原理及瓦斯爆炸理論可知,導致頂上事件發生的主要原因(中間事件)有2個:瓦斯聚集和火源;1個條件與門:瓦斯、火源相遇;1個限制門:達到爆炸濃度。繼而找出導致中間事件發生的直接因素,直至不需繼續分析的事件(底事件)為止,建立事故樹。瓦斯爆炸事故基本事件見表2,瓦斯爆炸事故樹分析見圖1。3.2運行樹分析3.2.1基于模型的有利于求解為了對事故樹進行定性、定量分析,需要建立數學模型,寫出它的數學表達式。把頂上事件用布爾代數表現,并自上而下展開,就可得到布爾表達式。利用布爾代數與主要運算法則可進行事故樹的化簡。3.2.2最小割集集合及解釋引起頂上事件發生的基本事件的集合叫割集,一般不止一個。在這些割集中,引起頂上事件發生的基本事件的最低限度的集合叫最小割集,它在事故樹分析中占有重要地位,是頂上事件發生的本質原因,每個最小割集都是頂上事件發生的一種可能渠道,因而最小割集越多,系統越危險。其步驟是建立事故的布爾表達式,并化為最簡標準式,求出最小割集集合。依據圖1,最小割集求解如下:T=X26X27A1A2=X26X27(A3+A4+X6+A5)A2=X26X27[(X1+X2+X3+X4)+(X5+X7X8X9)+X6+(X10+X11+X12)]A2=X26X27(X1+X2+X3+X4+X5+X7X8X9+X6+X10+X11+X12)(X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25)分解上式可得最小割集如下:E1={X26,X27,X1,X13}E2={X26,X27,X1,X14)E3={X26,X27,X1,X15}E4={X26,X27,X1,X16)…………上述最小割集組數為130組,用最小割集表示的等效事故樹如圖2。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130個。3.2.3瓦斯襲擊成功樹的轉化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,而頂上事件不發生所必須的最低限度的基本事件集合稱為最小徑集。最小徑集的求法是利用它與最小割集的對偶性,首先做出與事故樹對偶的成功樹,利用上述方法求出成功樹的最小割集,再轉化成為事故樹的最小徑集。根據瓦斯爆炸事故樹做出瓦斯爆炸成功樹,如下圖3所示。利用布爾代數進行化簡,得出成功樹的最小割集,事故樹的最小徑集為:P1={X26}P2={X27}P3={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X10,X11,X12}P4={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X8,X10,X11,X12}P5={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X9,X10,X11,X12}P6={X13,X14,X15,X16,X17,X18,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25}用最小徑集表示的瓦斯爆炸事故樹如圖4所示。3.2.4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,結構重要度分析更顯重要。采用排列法求解,結果如下:I(26)=I(27)>I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(10)=I(11)=I(12)>I(7)=I(8)=I(9)>I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)=I(22)=I(23)=I(24)=I(25)4煤礦瓦斯襲擊的事故樹分析煤礦是一個特殊的行業,煤礦瓦斯事故發生率較高。為此,國家制定了《煤礦安全規程》、《中華人民共和國煤礦安全監察條例》及《國務院安委會辦公室關于進一步加強煤礦瓦斯治理工作的指導意見》(安委辦17號)等規程、文件以指導煤礦生產,防止煤礦事故特別是瓦斯事故的發生。本文通過用預先危險分析對低瓦斯煤礦瓦斯事故進行分析,得出瓦斯爆炸是低瓦斯煤礦最嚴重的瓦斯事故,并運用事故樹對瓦斯爆炸做進一步分析,得出以下幾點結論:(1)從最小割集分析可知,最小割集有130組。最小割集表明系統的危險性,每個最小割集都是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與危險性很大,其中任一最小割集EI中的基本事件同時發生,就會引起瓦斯爆炸。從事故樹分析得知掘進工作面、回采工作面及通風不良點是瓦斯聚集的地點;電器管理不善,設備失爆和明火操作等都是引起瓦斯爆炸的重要危險因素。(2)從最小徑集分析可知,最小徑集有6個。最小徑集表示系統的安全性,任一個最小徑集中基本事件都不發生,則瓦斯爆炸就不發生。阻止瓦斯爆炸的直接方法是“破壞”其中的某些基本事件,使