事故樹在某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

肖利民

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012)

1 礦山概況

某金屬地下礦山采用斜坡道+盲斜井開拓，生產(chǎn)規(guī)模為3000 t/d。采用的采礦方法為大直徑深孔階段空場嗣后充填法和分段鑿巖階段空場嗣后充填法。井下礦巖利用無軌汽車經(jīng)斜坡道運輸至地表。共段劃分有 550，500，450，400，350，300 m 共 6 個中段。

礦井采用雙翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)路線為:新風(fēng)分別從500 m平硐、斜坡道硐口進入井下，再經(jīng)盲斜井和斜坡道進入到各中段運輸巷道，然后由盤區(qū)平巷、裝礦進路進入采場，清洗工作面后，污風(fēng)分別匯至南回風(fēng)天井、北回風(fēng)天井、西回風(fēng)天井，最終匯集到南回風(fēng)平硐、北回風(fēng)斜井，再由設(shè)在南回風(fēng)平硐口和北回風(fēng)斜井口的主扇將污風(fēng)抽至地表。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

一般在礦山正常生產(chǎn)期間，其通風(fēng)系統(tǒng)在一定的條件下處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。即通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)流自然分配情況受風(fēng)流運動的客觀規(guī)律所支配而處于某種動態(tài)的平衡狀態(tài)［1］。但是，隨著礦山生產(chǎn)條件的變化(如開采深度的增加、作業(yè)地點的改變、工作面的推移、巷道的貫通與堵塞等)，其通風(fēng)線路、通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施、通風(fēng)阻力和風(fēng)量都會隨之而改變，進而造成某些通風(fēng)井巷的風(fēng)量發(fā)生較大的變化［2］。一旦這些通風(fēng)井巷的風(fēng)量變化幅度超過一定范圍后就會導(dǎo)致整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，主要需風(fēng)工作面得不到足夠的新鮮風(fēng)流，炮煙、柴油設(shè)備尾氣積聚，威脅到井下生產(chǎn)安全。因此，必須對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，找出影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，以便提前采取預(yù)防措施，盡量減少和防止通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)生。

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法選擇

目前，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析大多采用數(shù)學(xué)分析法［3－7］。本文結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)特點，采用事故樹分析對通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析和研究。

事故樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是由美國貝爾電話實驗室的維森(H.A.Watson)提出的，目前已廣泛用于各領(lǐng)域［8］。

事故樹分析是一種表示導(dǎo)致災(zāi)害事故的各種因素之間的因果及邏輯關(guān)系圖。該方法是從分析的頂上事件開始，逐層分析事件發(fā)生原因，直至找出事故的基本原因，即基本事件為止。根據(jù)分析出的基本事件可提出相應(yīng)的預(yù)防措施，從而提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)與礦井的開拓、提升運輸、自然氣候等因素的關(guān)系十分密切，受眾多不確定因素的影響，礦井通風(fēng)系統(tǒng)具有很強的隨機性。為了解和掌握影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的各因素，利用事故樹對礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析，從而找出礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素，針對各因素提出有效的預(yù)防措施。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹分析

影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素很多，而在礦井發(fā)生災(zāi)變時，如發(fā)生火災(zāi)、透水、采空區(qū)大面積垮塌等災(zāi)害事故時，將導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)無法正常工作，嚴重的造成通風(fēng)系統(tǒng)癱瘓。可見礦井災(zāi)變時期的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究更為復(fù)雜，本次研究主要對礦山正常生產(chǎn)時期的通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定情況進行分析和研究。

為建造事故樹，在熟悉礦井通風(fēng)系統(tǒng)后，首先需要確定頂上事件。本次研究將礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定看作是成功樹的頂上事件，那么，它的補事件即礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定即可作為事故樹的頂上事件。再對其逐層次深入分析，分析出各因素的相互聯(lián)系與制約的關(guān)系，即輸入與輸出的邏輯關(guān)系，然后用事故樹符號表示出來。建造的某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹見圖1。

圖1 某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹

圖1所示的事故樹各因果事件基本采用或門連接，說明每個基本事件的發(fā)生都將影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在不考慮災(zāi)變時期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下，該金屬礦山正常生產(chǎn)時期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹的最小割集有 {X1}，{X2}，{X3}，……，{X17}，{X18}，{X19}，共19個。該金屬礦山正常生產(chǎn)時期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹的最小徑集僅有1個，最小徑集為 P={X1，X2，X3，……，X17，X18，X19}。該事故樹的割集多，說明影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素很多;徑集只有1個，且該徑集包含的基本事件很多，說明要控制和維持礦井通風(fēng)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定是非常復(fù)雜和困難的。很難通過控制個別事件來維持通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須從各方面著手，加強對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的管理和維護。

根據(jù)對圖1的分析，可將影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素大致分類，有些因素是來自外部，有些是因礦井本身生產(chǎn)活動引起的。針對不同的影響因素，須采取對應(yīng)的預(yù)防措施。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素分類及預(yù)防措施見表1、表2。除了外部因素、內(nèi)部因素外，還有礦井災(zāi)變時期影響因素。礦井災(zāi)變時期影響因素主要有火災(zāi)、透水、空區(qū)大面積垮塌及其它災(zāi)害等。針對災(zāi)害事故，礦山企業(yè)在生產(chǎn)中須不斷加強礦山安全生產(chǎn)管理工作，嚴防各類災(zāi)害事故的發(fā)生。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定外部影響因素及預(yù)防措施

3 結(jié)論

通過采用事故樹分析法對該礦山正常生產(chǎn)時期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定影響因素進行分析，掌握了影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定的各相關(guān)因素，針對各基本事件提出了有效的預(yù)防措施，減少了不必要的通風(fēng)投入。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定內(nèi)部影響因素及預(yù)防措施

［1］徐瑞龍.通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1993.

［2］宋澤陽，李學(xué)創(chuàng)，齊文宇，等.礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性定量判定方法研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2011，21(9):119-124.

［3］吳向前.礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2002.

［4］賈進章，馬恒.基于靈敏度的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2002，21(4):428-429.

［5］朱政宏.多風(fēng)井礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析研究［D］.淮南:安徽理工大學(xué)，2012.

［6］裴紹宇.礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析［D］.西安:西安科技大學(xué)，2011.

［7］王從陸.非災(zāi)變時期金屬礦復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性及數(shù)值模擬研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2007.

［8］汪元輝.安全系統(tǒng)工程［M］.天津:天津大學(xué)出版社，1999.