事故樹分析法在采煤工作面熱害分析中的應用

楊　青

(安徽省煤炭科學研究院)

?

事故樹分析法在采煤工作面熱害分析中的應用

楊青

(安徽省煤炭科學研究院)

摘要隨著礦井開采深度的增加，井下環境進一步惡化，高溫熱害極大的威脅著井下作業人員的身體健康、工作效率和礦井生產安全，給煤礦帶來了比較嚴重的危害。運用事故樹分析法對煤礦采煤工作面高溫熱害定性分析，找出導致采煤工作面高溫熱害的各種因素，采用布爾代數法，得出采煤工作面熱害發生的最小割集和最小徑集，計算各基本事件的結構重要度，進而為采取熱害治理措施提供理論依據。

關鍵詞事故樹分析法熱害結構重要度最小割集最小徑集

近幾年我國煤礦開采深度進一步加大，部分老礦井及新建大型礦井已經步入深部開采階段。隨著礦井采掘機械化程度的提高以及開采深度的不斷增加，高溫熱害對煤礦井下勞動工人的身體健康、工作效率和生產安全都有著極大的威脅。

由于礦井采煤工作面煤壁暴露面積較大、機電設備較多、采空區內遺煤放熱等原因，采煤工作面一般是礦井通風系統中氣溫最高的區段。運用事故樹分析法對采煤工作面高溫熱害進行定性分析，找出導致采煤工作面高溫熱害的各種因素，進而為治理熱害提供依據。

1事故樹分析法概述

事故樹分析法是安全系統工程的主要分析方法之一，也叫故障樹分析法[1]。從一個可能發生的事故一級一級逐步推導引發事故的直接原因、間接原因以及觸發事件，并針對導致事故的原因相互之間的邏輯關系進行分析，最后把這些事件以及之間的相互邏輯關系以事故樹圖的形式表達出來[2]。

2事故樹的建立

采煤工作面熱害源主要為圍巖散熱、氧化放熱、風流壓縮熱、機電設備散熱等，其中任何一個事件的發生都可導致頂上事件采煤工作面熱害的發生[3]。

采煤工作面供風不足、進回風巷未能及時維護、煤層未采取預冷措施、進回風巷無隔熱措施等基本事件都是圍巖散熱這一中間事件的主要原因。

生產區(采空區)有足夠的遺煤，在長時間漏風的情況下，是氧化放熱源的主要因素；生產區(采空區)內有足夠的遺煤主要體現在區內煤柱破碎，冒頂遺煤未及時清理，煤炭回收率低；巷道布置在煤層中，斷層煤柱留設不合理，區段煤柱留設不合理都會導致區內煤柱破碎；開采條件復雜、回采率低、煤柱多是煤炭回收率低的原因；工人技術水平低下，采煤方法選擇不當，未堅持正規循環作業，浮煤未清理或清理不徹底導致區內浮煤多都是導致回采率低的基本原因。生產區(采空區)漏風主要體現在通風方式不合理，冒頂產生空陷，采空區與通風巷道連通，頂板管理不當，鉆孔管理不嚴；工作面通風方式選擇不當、角聯風路多是通風方式不合理的基本因素；冒頂未處理或處理不妥是產生空陷的原因；厚煤層分層開采時再生頂板裂隙多，采空區上隅角未充填或充填不嚴實等都會導致采空區內漏風；頂板管理不當主要體現在未及時處理頂板，處理方法不妥；鉆孔管理不嚴主要體現在鉆孔未封閉，個別鉆孔損壞，鉆孔封口損壞，鉆孔密閉不嚴實[4]。

風流壓縮熱的產生主要體現為設計時未考慮熱害和風流線路過長。爆破時間選擇不當、熱水漫流、疏導熱水方法不當等也是產生熱源的因素。采煤工作面機電設備較多，設備功率選擇過大、散熱措施不力、電氣線路設計不合理也是高溫熱源之一。

綜合上述熱害產生原因分析，建立采煤工作面熱害事故樹，見圖1。

3事故樹分析

3.1最小割集

事故樹中能夠導致頂上事件發生的一組基本事件稱為割集，能夠引發頂上事件最低限度的基本事件的集合稱為最小割集。最小割集表示系統的危險性。

圖1　采煤工作面熱害原因事故樹

T—采煤工作面熱害；A1—圍巖散熱；A2—氧化放熱；A3—風流壓縮熱；A4—其他熱源散熱；A5—巷道通風不力；A6—圍巖隔熱措施不力；A7—生產區(采空區)漏風；A8—區內有足夠的遺煤；A9—熱水散熱；A10—機電設備散熱；A11—通風方式不合理；A12—冒頂產生空陷；A13—采空區與通風巷道連通；A14—頂板管理不當；A15—鉆孔管理不嚴；A16—區內煤柱破碎；A17—煤炭回收率低；A18—回采率低；A19—區內浮煤多；X1—時間；X2—設計時未考慮熱害；X3—風流線路過長；X4—爆破時間選擇不當；X5—巷道未能及時維護；X6—供風能力不足；X7—煤層無預冷措施；X8—巷道干濕度不合理；X9—無隔熱措施；X10—熱水漫流；X11—熱水管位置不合理；X12—疏導熱水方法不當；X13—散熱措施不力；X14—選擇設備功率過大；X15—電氣線路設計不合理；X16—工作面通風方式選擇不當；X17—角聯風路多；X18—冒頂未處理；X19—冒頂處理不妥；X20—厚煤層分層開采時再生頂板裂隙多；X21—采空區上隅角未充填；X22—采空區上隅角充填不嚴實；X23—必要時未對采空區注漿；X24—未及時處理頂板；X25—頂板處理方法不妥；X26—鉆孔未封閉；X27—個別鉆孔損壞；X28—鉆孔封口損壞；X29—鉆孔密閉不嚴實；X30—主要巷道布置在煤層中；X31—區段煤柱留設不合理；X32—斷層煤柱留設不合理；X33—冒頂遺煤未清理；X34—煤柱多；X35—開采條件復雜；X36—工人技術水平低；X37—采煤方法選擇不當；X38—必要時未復采；X39—未堅持正規循環作業；X40—浮煤未清理；X41—浮煤清理不徹底

利用布爾代數及運算法則進行事故樹化簡：

T=A1+A2+A3+A4=A5+A6+A7A8X1+X2+X3+A9+X4+A10=X5+X6+X7+X8+X9+(A11+A12+A13+A14+A15)(A16+A17+X33)X1+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15=X5+X6+X7+X8+X9+(X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X28+X29)(X30+X31+X32+X34+X40+X41+X36+X37+X38+X39+X35+X33)X1+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15=X5+X6+X7+X8+X9+X1X16X30+X1X16X31+X1X16X32+X1X16X33+X1X16X34+X1X16X35+X1X16X36+X1X16X37+X1X16X38+X1X16X39+X1X16X40+X1X16X41+X1X17X30+X1X17X31+X1X17X32+X1X17X33+X1X17X34+X1X17X35+X1X17X36+X1X17X37+X1X17X38+X1X17X39+X1X17X40+X1X17X41+X1X18X30+X1X18X31+X1X18X32+X1X18X33+X1X18X34+X1X18X35+X1X18X36+X1X18X37+X1X18X38+X1X18X39+X1X18X40+X1X18X41+X1X19X30+X1X19X31+X1X19X32+X1X19X33+X1X19X34+X1X19X35+X1X19X36+X1X19X37+X1X19X38+X1X19X39+X1X19X40+X1X19X41+X1X20X30+X1X20X31+X1X20X32+X1X20X33+X1X20X34+X1X20X35+X1X20X36+X1X20X37+X1X20X38+X1X20X39+X1X20X40+X1X20X41+X1X21X30+X1X21X31+X1X21X32+X1X21X33+X1X21X34+X1X21X35+X1X21X36+X1X21X37+X1X21X38+X1X21X39+X1X21X40+X1X21X41+X1X22X30+X1X22X31+X1X22X32+X1X22X33+X1X22X34+X1X22X35+X1X22X36+X1X22X37+X1X22X38+X1X22X39+X1X22X40+X1X22X41+X1X23X30+X1X23X31+X1X23X32+X1X23X33+X1X23X34+X1X23X35+X1X23X36+X1X23X37+X1X23X38+X1X23X39+X1X23X40+X1X23X41+X1X24X30+X1X24X31+X1X24X32+X1X24X33+X1X24X34+X1X24X35+X1X24X36+X1X24X37+X1X24X38+X1X24X39+X1X24X40+X1X24X41+X1X25X30+X1X25X31+X1X25X32+X1X25X33+X1X25X34+X1X25X35+X1X25X36+X1X25X37+X1X25X38+X1X25X39+X1X25X40+X1X25X41+X1X26X30+X1X26X31+X1X26X32+X1X26X33+X1X26X34+X1X26X35+X1X26X36+X1X26X37+X1X26X38+X1X26X39+X1X26X40+X1X26X41+X1X27X30+X1X27X31+X1X27X32+X1X27X33+X1X27X34+X1X27X35+X1X27X36+X1X27X37+X1X27X38+X1X27X39+X1X27X40+X1X27X41+X1X28X30+X1X28X31+X1X28X32+X1X28X33+X1X28X34+X1X28X35+X1X28X36+X1X28X37+X1X28X38+X1X28X39+X1X28X40+X1X28X41+X1X29X30+X1X29X31+X1X29X32+X1X29X33+X1X29X34+X1X29X35+X1X29X36+X1X29X37+X1X29X38+X1X29X39+X1X29X40+X1X29X41+X2+X3+X10+X11+X12+X4+X13+X14+X15.

通過對事故樹的結構進行簡化分析，該事故樹的最小割集為182個。

3.2最小徑集

某些基本事件的集合不發生，則頂上事件也不發生，把這組基本事件的集合稱為徑集，致使事故樹中頂上事件不發生的最低限度的基本事件的集合稱為最小徑集。最小徑集表示系統的安全性。

采煤工作面熱害事故樹對偶的成功樹結構函數：

T′=A1′·A2′A3′A4′=A5′A6′ (A7′+A8′)X1′X2′X3′A9′X4′A10′=X5′X6′X7′X8′X9′(A11′A12′A13′A14′A15′+A16′A17′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X5′X6′X7′X8′X9′(X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X30′X31′X32′X34′A18′X35′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X5′X6′X7′X8′X9′(X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X30′X31′X32′X34′X40′X41′X36′X37′X38′X39′X35′X33′)X1′X2′X3′X10′X11′X12′X4′X13′X14′X15′=X1′X2′X3′X4′X5′X6′X7′X8′X9′X10′X11′X12′X13′X14′X15′X16′X17′X18′X19′X20′X21′X22′X23′X24′X25′X26′X27′X28′X29′+X1′X2′X3′X4′X5′X6′X7′X8′X9′X10′X11′X12′X13′X14′X15′X30′X31′X32′X33′X34′X35′X36′X37′X38′X39′X40′X41′.

該成功樹的最小割集：

K1=(X1′，X2′，X3′，X4′，X5′，X6′，X7′，X8′，X9′，X10′，X11′，X12′，X13′，X14′，X15′，X16′，X17′，X18′，X19′，X20′，X21′，X22′，X23′，X24′，X25′，X26′，X27′，X28′，X29′);K2=(X1′，X2′，X3′，X4′，X5′，X6′，X7′，X8′，X9′，X10′，X11′，X12′，X13′，X14′，X15′，X30′，X31′，X32′，X33′，X34′，X35′，X36′，X37′，X38′，X39′，X40′，X41′).

即原事故樹的最小徑集：

P1=(X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X29);P2=(X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X30，X31，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38，X39，X40，X41).

最小徑集共有2組，表明控制頂上事件的發生有2種可選擇的方案。

3.3結構重要度

假設事故樹中各基本事件的發生概率均相同，或者忽略各基本事件的發生概率，分析導致頂上事件發生的各基本事件所引發的影響程度。在目前事故樹分析大都停留在定性分析階段的情況下，結構重要度分析顯得較為重要。

各基本事件的結構重要度：

從結構重要度分析來看，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15這些基本事件最為重要。

4結論

以安全系統工程理論為基礎，將事故樹分析法運用到礦井采煤工作面熱害評價中，得到最小割集182個，最小徑集2個，即導致頂上事件采煤工作面熱害發生的基本條件有182個，預防頂上事件發生的措施有2個。可見，采煤工作面熱害是非常容易發生且難以預防控制。

根據結構重要度分析，要使頂上事件不發生，主要重點應放在X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15這些基本事件的預防上。結合實際可操作性，熱害治理措施主要為加強巷道維護和合理增大風量，合理開拓部署，選擇適當功率的機電設備，及時對采空區注漿充填，抑制采空區氧化散熱等。最后希望從事煤礦高溫熱害工作的科研人員在研究更經濟合理的熱害防治措施的同時，能夠一并研究礦井熱害的評價方法。

參考文獻

[1]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.

[2]趙耀江.安全評價理論與方法[M].北京：煤炭工業出版社,2008.

[3]陳安國.礦井熱害產生的原因、危害及防治措施[J] .中國安全科學學報,2004，14(8)：3-6.

[4]張習軍,王長元，姬建虎，等.礦井熱害治理技術及其發展現狀[J] .煤礦安全,2009，40(3)：33-37.

(收稿日期2015-12-13)

楊青(1983—)，男，助理研究員，230001 安徽省合肥市宣城路81號。