基于安全系統(tǒng)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(yè)科學研究所 江西 南昌3300292.江西工業(yè)職業(yè)技術學院 江西 南昌330039)

前言

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

安全系統(tǒng)分析是采用系統(tǒng)工程的原理和方法，識別、分析、評價系統(tǒng)中的危險性，并根據(jù)其結(jié)果調(diào)整工藝、設備、操作、管理、生產(chǎn)周期和投資等因素，使系統(tǒng)可能發(fā)生的事故得到控制，并使系統(tǒng)達到最佳安全狀態(tài)。

一、礦井自燃安全狀況

礦井煤炭自燃發(fā)火是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一，是煤礦安全生產(chǎn)的隱患。對于自燃發(fā)火的原因，傳統(tǒng)的分析方法已為我們提供了許多有益的經(jīng)驗，但有些建立在經(jīng)驗基礎上的傳統(tǒng)方法，難以用來解決現(xiàn)代生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的帶有綜合性原因的災害問題；因此，要系統(tǒng)的、全面的查明自燃災害的發(fā)生原因和可能發(fā)生的途徑，以及對煤礦安全生產(chǎn)的影響，就必須引進與應用現(xiàn)代管理的新方法，將傳統(tǒng)的實踐經(jīng)驗分析與事故樹分析法相結(jié)合，找出產(chǎn)生煤炭自燃發(fā)火的原因及可能途徑，提出預防事故發(fā)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?shù)装寰鶎佘泿r，礦壓較大。煤的最短發(fā)火期為18天，自然發(fā)火期為一個月。自投產(chǎn)以來總發(fā)火次數(shù)654次，最高年份達110次/年、發(fā)火率為2.05次/萬噸。

最高年份煤炭自然發(fā)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(qū)留煤量多且封閉不及時，是造成煤炭自然發(fā)火的一個原因。

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

利用傳統(tǒng)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(fā)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(jié)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(fā)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(jù)。

二、安全系統(tǒng)事故樹分析

1.建立事故樹模型

事故樹分析法把不希望發(fā)生的事件作為頂上事件(Top Event)，用規(guī)定的邏輯符合表示，然后找出導致上一層事件發(fā)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(fā)火事故樹分析圖。

圖1 煤炭自然發(fā)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(fā)生的必要基本事件組合，表示同時發(fā)生哪些事件和差錯時，才會產(chǎn)生事故，即表示整個系統(tǒng)的危險性。最小徑集是使頂上事件不發(fā)生的必要基本事件的組合，可說明不同時發(fā)生哪些事件和差錯時，就不會引起事故的發(fā)生，即表示系統(tǒng)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(xiàn)用布爾代數(shù)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(shù)簡化出來的結(jié)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(fā)生就改為不發(fā)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(fā)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(jié)構重要度

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

由基本事件在最小徑集中出現(xiàn)的次數(shù)以及組合情況，可求解出基本事件的結(jié)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(tǒng)的危險性。因為每個最小割集都為頂上事件發(fā)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(diào)查提供了依據(jù)。事故樹的最小割集組數(shù)越多，系統(tǒng)的危險性就越大?；臼录俚淖钚「罴然臼录嗟淖钚「罴ｋU性要大。最小徑集可表示系統(tǒng)的安全性。因為每個最小徑集都為頂上事件不發(fā)生的可能，所有，對每個最小徑集內(nèi)基本事件的控制，都是防止事故的方案，從而實現(xiàn)系統(tǒng)安全。

最小割集說明該礦自然發(fā)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(fā)生，就可避免由該集造成的自然發(fā)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(fā)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(zhì)，加強管理，發(fā)現(xiàn)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(fā)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(qū)空頂時間長等造成的另外56種引起自燃的途徑。

4.X19是結(jié)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(tǒng)，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(jīng)濟效益最高。最小徑集只有6組，分析它要簡單的多，同時結(jié)合基本結(jié)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(fā)火的原因有更清楚的認識。

結(jié)語

該礦對系統(tǒng)進行評價后，根據(jù)分析的結(jié)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(fā)火率下降近90%，年自燃次數(shù)不超過10次，取得了較滿意的效果。

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

[1]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]林柏泉，張景林．安全系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)火[J]．煤礦安全，1989(1).