煤礦頂板事故統計與致因相似性分析

郝鵬HAO Peng；李曉泉LI Xiao-quan；楊磊YANG Lei；姜菊菊JIANG Ju-ju；梁思婷LIANG Si-ting

（廣西大學資源環境與材料學院，南寧530004）

0 引言

頂板事故是煤礦在進行采煤活動時最容易發生的事故，在地采煤礦中分布較廣且類型多樣[1]，嚴重威脅了井下采煤工人的人身安全。然而導致頂板事故發生的原因具有許多相似之處，因此，了解頂板事故發生的規律，分析導致頂板事故的相似原因，對預防頂板事故的發生有著積極的作用。

戴林超[2]、于建浩[3]等從時間、地域等角度對頂板事故進行了統計分析，得到頂板事故的發生具有時間性、地域性的特點。李海麗[4]、佟瑞鵬[5]等采用事故樹與模糊數學相結合的方法對某一起頂板事故進行逐層分析，得到了導致頂板事故發生的主要原因。而相似安全系統分析法是對同類多起事故進行分析，探究同類事故系統的共性原因，目前該方法已用于對煤礦瓦斯事故和火災爆炸事故的原因分析。本文先對2011-2020 年全國煤礦頂板事故進行了統計分析，然后對采掘工作面頂板事故進行原因分析，建立事故原因相似模型，找出導致頂板事故發生的相似特征，以預防頂板事故的發生。

1 頂板事故現狀分析

1.1 頂板事故統計分析

煤礦事故按其性質可分為瓦斯事故、頂板事故、水害事故等八大類[6]。對2011-2020 年我國煤礦事故按事故類型進行統計，得到八類煤礦事故的事故起數、死亡人數的占比情況如圖1 所示。

圖1 各類型煤礦事故占比圖

分析圖1 可知，頂板事故起數與累計死亡人數最多，位于煤礦八類事故之首。十年間共發生頂板事故1820 起，占事故總起數的42.12%；死亡2296 人，占死亡總人數的30.37%，平均每起事故死亡1.26 人，表明頂板事故主要以一般事故居多；水災事故與瓦斯事故的發生頻率較低，但死亡人數較多易造成群死群傷，而頂板事故相反，雖然單次事故死亡率較低，但因其事故起數龐大，導致死亡人數隨事故起數的增加而增加。

1.2 頂板事故與全國煤礦事故對比分析

將頂板事故的事故起數、死亡人數分別與全國煤礦事故進行對比分析，得到兩者之間的關系，如圖2 所示。

圖2 頂板事故與全國煤礦事故對比統計圖

由圖2 可得，2011 年頂板事故的事故起數和死亡人數最多，分別為567 起、665 人。2011-2020 年間，頂板事故起數和死亡人數均大幅下降，事故起數由2011 年的567起減少到2020 年的40 起，下降了92.95%；死亡人數由665 人減少到了55 人，下降了91.73%。從2017 年開始，頂板事故起數和死亡人數均保持在100 以內。頂板事故整體呈現逐年下降的趨勢，但是在全國煤礦事故中所占比例較大，形勢依然嚴峻。從整體趨勢來看，由于頂板事故起數與累計死亡人數為八類事故之首，因此頂板事故的事故起數和死亡人數在一定程度上影響了全國煤礦事故的變化，全國煤礦事故與頂板事故的趨勢變化基本相同，控制頂板事故的發生是減少全國煤礦事故起數與死亡人數的關鍵。

2 頂板事故致因相似分析

分析導致頂板事故的相似原因，對于控制頂板事故的發生有著重要的作用。煤礦頂板事故主要發生在回采工作面和掘進工作面[1]，結合部分事故案例，采用事故樹分析法分別對采掘進工作面頂板事故進行分析，找出導致頂板事故發生的基本事件，并結合相似安全系統學原理，構建該類事故原因的相似系統，辨識相似元，并計算系統的相似度，以探究和控制頂板事故發生的共性原因。

2.1 頂板事故的事故樹分析

事故樹是表述事故因果關系的有向邏輯樹，通過對事故結果進行演繹推理，找出事故發生原因[7]。結合多起發生在采掘工作面的頂板事故調查報告，采用事故樹分析法對兩類頂板事故進行原因分析，分別以冒頂傷人、矸石冒落傷人為頂上事件，建立采掘工作面頂板事故的事故樹。回采工作面與掘進工作面頂板事故的事故樹如圖3、圖4 所示。

通過對圖3、圖4 分析得出回采工作面頂板事故有14個中間事件和25 個基本事件；掘進工作面頂板事故包括13個中間事件和24 個基本事件。采用EasyDraw 事故樹計算軟件對事故樹的最小割集進行計算，得到回采工作面頂板事故的事故樹有255 個最小割集，掘進工作面頂板事故的事故樹有220 個最小割集，由于最小割集表示系統的危險性[8]，所以兩類頂板事故系統安全程度較低，易發生頂板事故。

圖3 回采工作面頂板事故的事故樹

圖4 掘進工作面頂板事故的事故樹

2.2 頂板事故相似安全系統學分析

相似安全系統學分析法的核心本質是分析已發生事故的原因，找出相似事故發生的共性原因，預防類似事故再次發生。將2.1 中頂板事故樹分析出的基本事件劃分為人子系統、設備子系統、環境子系統、管理子系統，對兩個事故系統進行比較并識別相似元，計算各系統的相似度。頂板事故致因相似系統如圖5 所示。

采用元素數目上的相似程度對子系統的相似度進行計算[9]。令回采工作面頂板事故系統記為A 集合，掘進工作面事故系統記為B 集合，各子系統的相似度計算公式如下

式中：qi為子系統i 的相似度；ki為A 系統中子系統i中元素個數；li為B 系統中子系統i 中元素個數；mi為圖5中A、B 兩系統中子系統i 相似元素個數；i 取1、2、3、4，分別對應人、設備、環境、管理子系統。

圖5 頂板事故相似系統

考慮到各子系統的相似度對系統的相似度影響程度不同，引入各子系統的權重系數Wi，采用兩兩比較法對4個子系統進行兩兩比較打分，并計算各子系統的權重依次為Wi=（0.32，0.26，0.13，0.29），并計算A、B 兩系統的相似度：

式中：Q（A，B）為A，B 系統間的相似度。

根據公式（1）、（2）計算采掘工作面頂板事故系統中各子系統及系統的相似度，計算結果如表1 所示。

表1 子系統及系統相似度

從計算結果來看，采掘工作面頂板事故系統的相似度為0.59，表明兩起頂板事故在人-設備-環境-管理四方面均具有共同的致因因素。其中，人子系統的相似度最高，為0.75，兩類頂板事故中人的不安全行為如不規范作業、支護工操作失誤、未進行敲幫問頂、員工安全意識薄弱等是造成頂板事故的直接原因；管理子系統與環境子系統的相似度均為0.57，是導致頂板事故的間接原因，兩起頂板事故都存在對員工缺乏安全教育和培訓、監督不到位等管理問題，以及存在斷層構造、圍巖松軟等復雜地質環境；由于不同作業區域所使用的支護方式不同，物子系統的相似度較低，為0.44，兩起事故均存在支架空頂、支護參數未達標等問題。以上為頂板事故致因的相似特征。

3 結語

①近十年來煤礦頂板事故的事故起數與死亡人數均呈現出整體下降的趨勢，雖然頂板事故的平均單次事故死亡率較低，但其發生率最高，累計死亡人數也最多，且頂板事故在一定程度上影響著全國煤礦事故的趨勢走向。②采用事故樹分析法對兩起頂板事故進行原因分析，得出回采工作面頂板事故有25 個基本事件、255 個最小割集，掘進工作面頂板事故有24 個基本事件、220 個最小割集，由于最小割集數目較多，頂板事故極易發生。③運用相似安全系統學原理對事故樹的基本事件進行對比分析，求得系統相似度為0.59，人子系統的相似度較高，其中人的不安全行為是導致頂板事故發生的直接原因，管理不當和地質環境是間接原因。加強人員安全培訓，提高安全意識和管理水平，遏制頂板事故的相似致因因素的出現，可以有效預防類似事故的發生。