基于安全系統事故樹分析的煤炭自燃預防

韓亞平 馮團英

(1.江西省煤炭工業科學研究所 江西 南昌3300292.江西工業職業技術學院 江西 南昌330039)

前言

從系統工程的觀點來看,礦井是一個復雜的大系統,它由采、掘、機、運、通等子系統組合而成；每個子系統都分別影響著大系統,且子系統之間又互相聯系與影響。只有將系統的觀點運用于礦山生產的安全管理上,才能全面地觀察、分析和解決問題。

安全系統分析是采用系統工程的原理和方法，識別、分析、評價系統中的危險性，并根據其結果調整工藝、設備、操作、管理、生產周期和投資等因素，使系統可能發生的事故得到控制，并使系統達到最佳安全狀態。

一、礦井自燃安全狀況

礦井煤炭自燃發火是煤礦生產的主要災害之一，是煤礦安全生產的隱患。對于自燃發火的原因，傳統的分析方法已為我們提供了許多有益的經驗，但有些建立在經驗基礎上的傳統方法，難以用來解決現代生產過程中出現的帶有綜合性原因的災害問題；因此，要系統的、全面的查明自燃災害的發生原因和可能發生的途徑，以及對煤礦安全生產的影響，就必須引進與應用現代管理的新方法，將傳統的實踐經驗分析與事故樹分析法相結合，找出產生煤炭自燃發火的原因及可能途徑，提出預防事故發生的合理對策。

某礦一直采用傾斜分層、煤皮假頂回收老巷煤的采煤方法，回采率低于60%。該礦煤層平均厚度12米，頂底板均屬軟巖，礦壓較大。煤的最短發火期為18天，自然發火期為一個月。自投產以來總發火次數654次，最高年份達110次/年、發火率為2.05次/萬噸。

最高年份煤炭自然發火情況表

合計 110 100.0

該礦的采煤方法較為落后，工作面推進速度慢、采空區留煤量多且封閉不及時，是造成煤炭自然發火的一個原因。

由于回采工作面太短、煤柱、聯絡巷、探煤巷過多，增加了煤層的破壞程度并產生了過多的應力集中，也使得通風產生較大壓差并增加了壓能的消耗，使得自燃的次數不斷增加。

利用傳統的分析方法，雖可找出引起自燃的基本事件，但無法知道是所有基本事件同時發生，還是某些事件組合就能引起自燃，而哪些事件最重要更無法確定。因此，必須按照基本事件間的邏輯關系，建立事故樹進行分析；通過對事故樹的最小割集與最小徑集以及結構重要度的分析計算，才可找出由哪些基本事件組合可使頂上事件(事故)發生及影響程度，為有效地控制或減少事故提供定性與定量的依據。

二、安全系統事故樹分析

1.建立事故樹模型

事故樹分析法把不希望發生的事件作為頂上事件(Top Event)，用規定的邏輯符合表示，然后找出導致上一層事件發生的所有直接因素，并逐次深入直至找到根本源及基本事件(事故樹的底事件)為止。圖1為煤炭自然發火事故樹分析圖。

圖1 煤炭自然發火事故樹

2.最小割集與最小徑集

最小割集與最小徑集都是事故樹的分析方法。最小割集是導致頂上事件發生的必要基本事件組合，表示同時發生哪些事件和差錯時，才會產生事故，即表示整個系統的危險性。最小徑集是使頂上事件不發生的必要基本事件的組合，可說明不同時發生哪些事件和差錯時，就不會引起事故的發生，即表示系統的安全性。事故樹復雜時，分析容易出錯，因此需要進行簡化。現用布爾代數對圖1進行簡化：

(1)最小割集

分解上式，可得最小割集80個：

(2)最小徑集

對事故樹偶的安全樹用布爾代數簡化出來的結果就是最小徑集。利用最小徑集與最小割集的對偶性，把事故樹的與門改為或門，或門改為與門，則各類事件的發生就改為不發生，由此得到了與事故樹相對偶的安全樹，見圖2。

圖2 煤炭自然發火安全樹

安全樹的最小割集即為事故樹的最小徑集：

得到6組最小徑集：

3.結構重要度

基本事件結構重要度是表示各基本事件的發生，對影響頂上事件(事故)發生的重要度。對重要程度高的事件在整改時加以優先考慮，能更快地提高整個系統的可靠性。

由基本事件在最小徑集中出現的次數以及組合情況，可求解出基本事件的結構重要度的排列順序如下：

三、評價與對策

最小割集能表示系統的危險性。因為每個最小割集都為頂上事件發生的一種可能，求出了各組最小割集，就明確了頂上事件的所有可能途徑，這就為事故預測、預防、調查提供了依據。事故樹的最小割集組數越多，系統的危險性就越大。基本事件少的最小割集比基本事件多的最小割集危險性要大。最小徑集可表示系統的安全性。因為每個最小徑集都為頂上事件不發生的可能，所有，對每個最小徑集內基本事件的控制，都是防止事故的方案，從而實現系統安全。

最小割集說明該礦自然發火的可能途徑有80組，對于每一種可能的途徑，只要使其中任一基本事件不發生，就可避免由該集造成的自然發火。

1.加快工作面推進速度就可消除X4這一基本事件，隨之而來就可消除8種帶有X4這一基本事件的割集所引起的自然發火路徑。

2.加強對煤炭自燃的預測預報工作，提高瓦檢人員的技術素質，加強管理，發現自燃的早期預兆應及時處理；同時必須提高工作面的回采率，減少遺煤量；以控制X1或X2使其不能發生，就可避免80種引起自燃的可能途徑。

3.改進落后的采煤方法，加快工作面的推進速度，減少遺煤量，并同時進行預注漿等防火措施；以避免因回采率底、采空區空頂時間長等造成的另外56種引起自燃的途徑。

4.X19是結構重要度中較有影響的因素，可引起40種自燃途徑，因此必須采取有效措施：改善通風系統，盡量縮短風流路線，維護巷道的完好率，以降低井巷風阻。

如果事故樹中與門多，定性分析可從求最小割集入手。如果或門多，則宜從求最小徑集入手，找出控制事故的最好方案。控制或消除基本事件少的最小徑集集中的基本事件，其安全經濟效益最高。最小徑集只有6組，分析它要簡單的多，同時結合基本結構重要度大小的排列順序，就可有目的、有重點、有順序地提出整改措施，使大家對自然發火的原因有更清楚的認識。

結語

該礦對系統進行評價后，根據分析的結果，落實了整改措施：進行厚煤層放頂煤開采，配套預注阻化劑防火，并加強了對火災預兆的處理，使得自然發火率下降近90%，年自燃次數不超過10次，取得了較滿意的效果。

顯而易見，將安全系統事故樹分析與實踐經驗相結合，可以查出問題的全部所在，解決極為復雜的現實問題，提高礦井安全管理水平，最大限度的保障安全生產，減少災害事故的發生率。

[1]國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2010.

[2]林柏泉，張景林．安全系統工程[M].北京：中國勞動社會保障出版社．2007

[3]賀愛民，韓亞平．安全系統工程在煤礦安全中的應用[J]．江西煤炭科技，2000(3).

[4]韓亞平，陳光榮．噴灑阻化劑在峨四礦的應用[J]．地方煤礦，1990(3).

[5]韓亞平．應用阻化劑預防工作面自然發火[J]．煤礦安全，1989(1).