基于DBN的掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故風(fēng)險預(yù)測

李泓鯤，王孝東，李 陽，肖 露，陳鐘輝，劉 杰

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南省昆明市，650093；2.大唐華銀電力股份有限公司耒陽分公司，湖南省衡陽市，421800；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，云南省昆明市，650201；4.昆明理工大學(xué)公共安全與應(yīng)急管理學(xué)院，云南省昆明市，650093)

0 引言

在煤礦掘進(jìn)工作面生產(chǎn)施工過程中，往往會產(chǎn)生大量的煤塵。這些煤塵是煤礦掘進(jìn)工作面作業(yè)的嚴(yán)重災(zāi)害源之一，具有不可忽視的潛在爆炸風(fēng)險，嚴(yán)重威脅煤礦掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)[1]。因此，研究煤礦掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故，尋找造成其煤塵爆炸事故的根本因素，具有重要意義。景國勛等[2]通過研究煤質(zhì)指標(biāo)對煤塵爆炸的影響，利用20 L球形爆炸容器對具有不同工業(yè)成分的煤塵爆炸最大壓力上升速率進(jìn)行測定，建立煤質(zhì)指標(biāo)與爆炸最大壓力上升速率的計算模型；裴蓓等[3]通過對煤塵爆炸初期與瓦斯的耦合爆炸災(zāi)害強化的產(chǎn)生機制探究，認(rèn)為初始爆炸強度對瓦斯/煤塵復(fù)合體系有重要影響；ZHANG Leilin等[4]通過建立不同彎曲角度的管道爆炸系統(tǒng)，研究了管道彎曲角度對煤塵爆炸傳播規(guī)律的影響，認(rèn)為爆炸后沖擊波的峰值超壓急劇增大，拐角后又緩慢減小。

目前隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(DBN)被大量運用到事故風(fēng)險分析和預(yù)測方面。王文和等[5]利用DBN對城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行動態(tài)分析，認(rèn)為該方法克服了傳統(tǒng)風(fēng)險分析方法的不足,可動態(tài)反映燃?xì)夤芫W(wǎng)失效和事故后果發(fā)生概率隨時間變化的特征。同時，DBN還可用于水下連接器故障診斷、煤礦安全態(tài)勢感知[6-8]等諸多方面。

由于前人對煤塵爆炸的相關(guān)分析多集中于煤塵爆炸機理實驗探究或單一因素對煤塵爆炸的影響[1-4]，而對于造成煤塵爆炸事故風(fēng)險分析及預(yù)測的相關(guān)研究較少，因此其分析結(jié)果具有一定局限性。DBN作為目前被廣泛應(yīng)用于事故風(fēng)險分析和預(yù)測的手段之一，通過運用條件概率和時間序列能夠很好反映造成事故的各個風(fēng)險因素概率隨時間變化的情況，因此筆者將通過DBN對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故進(jìn)行分析，尋找掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故中應(yīng)重點關(guān)注的基本風(fēng)險因素，為預(yù)防掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故提供客觀科學(xué)的依據(jù)。

1 事故風(fēng)險分析方法

1.1 動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

DBN是靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)的擴展，可以容納時間序列數(shù)據(jù)，適用于對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模[9]。DBN主要由初始網(wǎng)絡(luò)U0和狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)Ut構(gòu)成[10]，初始網(wǎng)絡(luò)為BN，而狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)則是2個相鄰時間片上網(wǎng)絡(luò)模型。

由于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的發(fā)生是一個動態(tài)過程，且掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故具有不確定性、不完整性和時間相關(guān)性的特點，因此選用DBN作為掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故風(fēng)險分析方法。對于DBN事故分析方法，通常有以下2條假設(shè)[11]：

(1)穩(wěn)定性。對于所有時間切片t，其轉(zhuǎn)移概率PU(t)(Xt|Xt-1)總是相同的。

(2)馬爾科夫性。對于t+1時間切片中的節(jié)點，其節(jié)點狀態(tài)僅與t時間切片中節(jié)點狀態(tài)有關(guān)，與t-1時間切片中節(jié)點狀態(tài)無關(guān)。

對于滿足上述2個條件所構(gòu)建的用于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故分析的DBN中，任意風(fēng)險因素概率分布公式為：

(1)

式中：P(Xi(t))——t時刻風(fēng)險因素的概率；

P(Ut|Xi(t))——任意風(fēng)險因素在轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)中的條件概率。

DBN推理的依據(jù)與BN推理依據(jù)相同，均依據(jù)貝葉斯公式進(jìn)行推理：

(2)

1.2 DBN模型要素

由于影響掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的風(fēng)險因素有很多，在結(jié)合國家礦山安全監(jiān)察局(原國家煤礦安全監(jiān)察局)關(guān)于山東能源肥城礦業(yè)集團梁寶寺能源有限責(zé)任公司“8·20”煤塵爆炸事故通報[12]與前人相關(guān)分析的基礎(chǔ)上[13]，從煤塵性質(zhì)、環(huán)境因素影響、管理缺陷、通風(fēng)時間與通風(fēng)設(shè)計不合理這4個方面對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故基本風(fēng)險因素進(jìn)行選取，共選取15個造成掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的基本風(fēng)險因素，分別為：煤塵粒徑分布X0、煤塵揮發(fā)分X1、煤塵爆炸性指數(shù)X2、煤塵水分及灰分X3、煤塵濃度在爆炸范圍X4、瓦斯?jié)舛萖5、工作面風(fēng)速不合理X6、氧氣濃度X7、環(huán)境火源X8、通風(fēng)時間不合理X9、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理X10、整體通風(fēng)方案設(shè)計不合理X11、除塵措施未落實X12、無相關(guān)安全培訓(xùn)X13、規(guī)章制度不健全X14，并根據(jù)事故因果關(guān)系建立初始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。將掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故作為初始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點，二級風(fēng)險因素作為初始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點，15種基本風(fēng)險因素作為初始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點。

初始貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點與根節(jié)點的設(shè)置狀態(tài)如下：

(3)

將中間節(jié)點與根節(jié)點設(shè)置為2種狀態(tài)，用于簡化網(wǎng)絡(luò)和減少中間節(jié)點數(shù)量以及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)計算。

將葉節(jié)點T按發(fā)生事故可能造成的后果嚴(yán)重程度設(shè)置狀態(tài)如下：

(4)

將葉節(jié)點T按事故后果的5個等級設(shè)置為3種狀態(tài)，貼近于實際情況，同時可簡化計算過程，減小樣本所需數(shù)據(jù)量，以實現(xiàn)DBN在有限信息條件下的定量推理。

1.3 基于D-S證據(jù)理論與G1法確定專家權(quán)重

在應(yīng)用DBN對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故進(jìn)行推理時，需要大量事故演變過程的數(shù)據(jù)或?qū)＜揖C合評價結(jié)果作為推理的先驗依據(jù)。由于缺乏大量的掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故演變過程數(shù)據(jù)，且直接運用專家綜合評價結(jié)果作為推理的先驗依據(jù)主觀性太強，因此將基于專家綜合評價結(jié)果，應(yīng)用D-S證據(jù)理論預(yù)處理專家綜合評價結(jié)果，再通過應(yīng)用G1算法將預(yù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為專家權(quán)重，根據(jù)相應(yīng)的專家權(quán)重確定掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN先驗依據(jù)。

對D-S證據(jù)理論簡要描述如下[14-15]：

設(shè)Ω為一個識別框架，在識別框架上的基本概率賦值2Ω→[0,1]的函數(shù)m，成為mass函數(shù)，并且滿足：

(5)

對于任意B∈Ω，其識別框架內(nèi)的有限個mass函數(shù)m1…mn的合成規(guī)則為：

(6)

式中：K——歸一化常數(shù)。

利用D-S證據(jù)理論處理后，應(yīng)用G1算法確定專家權(quán)重步驟如下[16]:

(1)確定評價指標(biāo)重要性排序Cn；

(2)確定評價指標(biāo)相對重要程度Ri，其中Ri為Cn-1與Cn之比；

(3)計算專家權(quán)重Vj：

(7)

上述過程均由煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)專家進(jìn)行確定和評價，式(7)中n取15。3類不同專家的權(quán)重結(jié)果計算見表1。

表1 專家權(quán)重說明

2 動態(tài)風(fēng)險分析

2.1 節(jié)點初始先驗概率

在掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN中，其各節(jié)點的條件概率用來描述各節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)程度。根節(jié)點先驗概率是將專家綜合評價所得分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為專家權(quán)重并依據(jù)式(8)根節(jié)點先驗概率計算公式計算得出：

(8)

i——風(fēng)險因素的第i個狀態(tài)；

n——風(fēng)險因素的狀態(tài)個數(shù)；

j——風(fēng)險因素個數(shù);

wijk——風(fēng)險因素j的狀態(tài)i發(fā)生的第k個專家對應(yīng)的權(quán)值系數(shù)。

中間節(jié)點先驗概率由專家綜合評價結(jié)果轉(zhuǎn)化為專家權(quán)重后，結(jié)合式(9)聯(lián)合概率公式計算得出：

(9)

式中:P(Y)——中間節(jié)點先驗概率；

P(Y|An)——An條件下發(fā)生Y的概率。

對于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN，其各節(jié)點在初始網(wǎng)絡(luò)的先驗概率稱為初始先驗概率。掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN初始先驗概率如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN初始先驗概率

由圖1可知，掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的初始先驗概率為0.090，造成較輕微后果的先驗概率為0.280，后果可忽略不計的先驗概率為0.630。對于各根節(jié)點先驗概率，最大的為煤塵濃度在爆炸范圍X4(0.282)，最小的為無相關(guān)安全培訓(xùn)X13(0.114)。對圖1中各節(jié)點先驗概率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故嚴(yán)重后果，輕微后果與后果忽略不計的概率分布與海因里希安全法則——即大量后果忽略不計和輕微后果的意外事件必將導(dǎo)致重大傷亡事故發(fā)生相符合。同時，依據(jù)先驗概率初步判斷影響掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生的最大二級節(jié)點為環(huán)境因素影響B(tài)2，最小為管理缺陷B4。在4個不同二級風(fēng)險因素下，對影響各個二級風(fēng)險因素發(fā)生的最大的基本風(fēng)險因素分別為煤塵爆炸性指數(shù)、煤塵濃度在爆炸范圍、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理、防塵措施未落實。

從初始先驗概率角度對這4個基本風(fēng)險因素進(jìn)行分析，煤塵爆炸性指數(shù)越高，煤塵爆炸的風(fēng)險越大。而掘進(jìn)工作面煤塵濃度如果在爆炸范圍，往往是導(dǎo)致掘進(jìn)工作面發(fā)生煤塵爆炸事故的直接原因之一。局部通風(fēng)方案設(shè)計一般是在掘進(jìn)工作面施工之前就已經(jīng)完成，但由于掘進(jìn)工作面施工是一個動態(tài)過程，因此局部通風(fēng)方案設(shè)計與掘進(jìn)工作面實際生產(chǎn)施工之間存在滯后性，進(jìn)而導(dǎo)致局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理，從而可能導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的發(fā)生。防塵措施未落實會進(jìn)一步導(dǎo)致掘進(jìn)工作面附近煤塵積聚，在一定條件下可引發(fā)煤塵爆炸事故。

2.2 節(jié)點先驗概率預(yù)測

由于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN中的各節(jié)點概率會隨時間發(fā)生變化，且各節(jié)點的轉(zhuǎn)移過程符合馬爾科夫過程[17]，因此對于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的先驗概率預(yù)測結(jié)果，可將專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為時間權(quán)重結(jié)合馬爾科夫過程進(jìn)行判定[18-19]。掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故DBN轉(zhuǎn)移概率公式為：

(10)

式中：t——時間片；

Si——節(jié)點X處于狀態(tài)i的個數(shù)；

Si,k——節(jié)點X有狀態(tài)i到狀態(tài)k的個數(shù)。

時間權(quán)重計算公式為：

(12)

式中：τt——第t個時刻時間權(quán)重；

δt——時間折現(xiàn)系數(shù)。

將節(jié)點的轉(zhuǎn)移過程設(shè)置為6個時間片(t=0～5)，葉節(jié)點T即掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故的3種狀態(tài)在6個時間片內(nèi)概率變化過程，如圖2所示。

圖2 葉節(jié)點T的3種狀態(tài)概率變化

由圖2可以看出，在6個時間片內(nèi)，事故造成可忽略不計后果和較輕微后果的狀態(tài)概率均有所下降。其中造成可忽略不計后果的狀態(tài)概率在t=0～1時間片內(nèi)顯著下降，下降了0.128；在t=1～5時間片內(nèi)下降緩慢，下降了0.019，并最終趨于0.485這一定值。造成較輕微后果的狀態(tài)概率在t=0～1時間片內(nèi)下降了0.008；在t=1～5時間片內(nèi)下降了0.014，并最終趨于0.261這一定值。造成嚴(yán)重后果的狀態(tài)概率則在t=0～1時間片內(nèi)顯著上升，上升了0.112；在t=1～5時間片內(nèi)上升緩慢，上升了0.050，并最終趨于0.254這一定值。同時，與不同狀態(tài)的初始先驗概率進(jìn)行對比，可知掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生嚴(yán)重后果的狀態(tài)概率相較于初始先驗概率上升了0.160，發(fā)生較輕微后果的狀態(tài)概率相較于初始先驗概率下降0.022，事故后果忽略不計的狀態(tài)概率相較于初始先驗概率下降了0.147，這與圖2中所示變化趨勢相對應(yīng)。

利用DBN正向預(yù)測各根節(jié)點事件(X0～X14)發(fā)生先驗概率在6個時間片后的結(jié)果分別為0.221、0.181、0.268、0.259、0.293、0.304、0.352、0.301、0.350、0.323、0.329、0.285、0.274、0.170、0.154。預(yù)測對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果和較輕微后果的狀態(tài)概率影響最大的2個基本風(fēng)險因素是工作面風(fēng)速不合理(0.352)和環(huán)境火源(0.350)，影響最小的基本風(fēng)險因素是規(guī)章制度不健全(0.154)。在4個不同二級風(fēng)險因素下，對各個二級風(fēng)險因素事件發(fā)生概率影響最大的基本風(fēng)險因素分別是煤塵爆炸性指數(shù)(0.268)、工作面風(fēng)速不合理(0.352)、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理(0.329)、防塵措施未落實(0.274)。

通過對圖2與根節(jié)點先驗概率結(jié)果的分析，綜合考慮各基本風(fēng)險因素預(yù)測結(jié)果與掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故3種狀態(tài)概率變化情況，初步確定對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果影響最大的6個基本風(fēng)險因素分別為煤塵爆炸性指數(shù)、工作面風(fēng)速不合理、瓦斯?jié)舛取h(huán)境火源、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理、防塵措施未落實。

3 事故預(yù)防決策分析

3.1 根節(jié)點后驗概率預(yù)測

直接由初始先驗概率經(jīng)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)預(yù)測所得出的各個風(fēng)險因素的事件發(fā)生概率結(jié)果仍具有一定的主觀性，為進(jìn)一步減小主觀性和對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行驗證，利用后驗概率公式并結(jié)合DBN進(jìn)行逆推理，得出各根節(jié)點后驗概率并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正。DBN根節(jié)點后驗概率計算公式為：

(13)

根據(jù)圖2所示，在未采取任何預(yù)防措施前提下，掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故后果忽略不計狀態(tài)概率與較輕微概率均有所下降，而造成嚴(yán)重后果狀態(tài)概率將上升。因此后驗概率主要討論掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果狀態(tài)時各節(jié)點后驗概率。

將葉節(jié)點即掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故T造成嚴(yán)重后果狀態(tài)概率值設(shè)置為1.000，結(jié)合式(10)～式(13)，預(yù)測各根節(jié)點(X0～X14)在6個時間片(t=0～5)后在煤塵爆炸事故T造成嚴(yán)重后果的狀態(tài)下，事件發(fā)生的后驗概率結(jié)果分別為0.231、0.183、0.272、0.260、0.289、0.302、0.348、0.304、0.353、0.318、0.332、0.288、0.271、0.173、0.154。

由節(jié)點后驗概率結(jié)果可知，根節(jié)點煤塵粒徑分布X0與整體通風(fēng)方案設(shè)計不合理X11后驗概率相較于先驗概率上升了0.010，局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理X10與環(huán)境火源X8后驗概率相較于先驗概率提升了0.003。各根節(jié)點后驗概率預(yù)測值與先驗概率預(yù)測結(jié)果基本一致，驗證了先驗概率對于各根節(jié)點預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

綜合對各根節(jié)點先驗概率與后驗概率預(yù)測結(jié)果分析，對初步選取的6個基本風(fēng)險因素進(jìn)行修正，最終確定對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的5種基本風(fēng)險因素分別為瓦斯?jié)舛?、環(huán)境火源、通風(fēng)時間不合理、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理與防塵措施未落實。

3.2 單因素作用分析

由于DBN后驗概率公式具有雙向性，因此通過DBN后驗概率公式的雙向性可知，葉節(jié)點T在單個基本風(fēng)險因素發(fā)生條件下的后驗概率計算公式為：

(14)

由DBN推理雙向性，可通過已獲得的最終確定的5種基本風(fēng)險因素先驗概率、后驗概率，結(jié)合式(10)～式(12)和式(14)，對在單因素發(fā)生條件下導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的后驗概率(P(T=0|Xi=0))結(jié)果進(jìn)行計算和預(yù)測，6個時間片內(nèi)預(yù)測結(jié)果：X5為0.252、X8為0.251、X9為0.254、X10為0.255、X12為0.253。不同單因素作用條件下在6個時間片內(nèi)造成掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故嚴(yán)重后果的概率變化過程如圖3所示。

圖3 單因素發(fā)生條件下嚴(yán)重后果后驗概率變化情況

綜合圖3和6個時間片內(nèi)預(yù)測結(jié)果可知，對所選取的5種基本風(fēng)險因素，在單個風(fēng)險因素發(fā)生的條件下，預(yù)測在6個時間片后，掘進(jìn)工作面煤塵爆炸嚴(yán)重后果后驗概率最大為0.255，最小為0.251。且掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的后驗概率變化趨勢均是初期先急劇上升(t=0～2)，后緩慢上升(t=2～4)，最后趨于某一定值(t=4～5)。局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理的發(fā)生對于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的影響最大，使其后驗概率預(yù)測結(jié)果相對先驗概率預(yù)測結(jié)果提升了0.005。通過DBN雙向綜合分析，最終確定對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果狀態(tài)影響最大的基本風(fēng)險因素為局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理。

3.3 多因素耦合作用分析

不同組合條件下多個基本風(fēng)險因素耦合作用結(jié)果計算公式：

(15)

由于掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果往往是多個基本風(fēng)險因素耦合作用的結(jié)果，且每個基本風(fēng)險因素是否發(fā)生都是相互獨立的。因此將所選取的5種基本風(fēng)險因素進(jìn)行組合，結(jié)合DBN雙向推理性，通過已獲得的最終確定的5種基本風(fēng)險因素的先驗概率、后驗概率，并結(jié)合式(10)～式(12)與式(15)，對多因素耦合作用條件下掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果狀態(tài)的后驗概率進(jìn)行計算與預(yù)測，6個時間片內(nèi)不同組合條件下的多種基本風(fēng)險因素耦合作用導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的預(yù)測結(jié)果的最大值見表2，基本風(fēng)險因素耦合作用結(jié)果最大值的概率變化過程如圖4所示。

表2 不同組合條件下基本風(fēng)險因素耦合作用結(jié)果最大值

圖4 基本風(fēng)險因素耦合作用結(jié)果最大值的概率變化

由表2可知，預(yù)測在6個時間片內(nèi)，2種因素組合條件下通過基本風(fēng)險因素耦合作用，導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生嚴(yán)重后果后驗概率最小，為0.256；在5種因素組合條件下通過基本風(fēng)險因素耦合作用，導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生嚴(yán)重后果后驗概率最大，為0.266。由圖4可知，不同組合條件下基本風(fēng)險因素耦合作用導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生嚴(yán)重后果的初始后驗概率也略有不同，其中5種因素組合條件下初始后驗概率最大，而2種因素組合條件下初始后驗概率最小。

由表2和圖4綜合分析可知，掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故發(fā)生嚴(yán)重后果的后驗概率變化情況均是初期先急劇上升(t=0～2)，后緩慢上升(t=2～4)，最后趨于某一定值(t=4～5)。因此對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故，其事故預(yù)防重點應(yīng)是在事故發(fā)展初期對瓦斯?jié)舛?、環(huán)境火源、通風(fēng)時間不合理、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理與防塵措施未落實這5種基本風(fēng)險因素采取相關(guān)措施，防止這5種基本風(fēng)險因素同時發(fā)生。若在事故初期無法采取相關(guān)措施防止這5種基本風(fēng)險因素同時發(fā)生，則應(yīng)在事故發(fā)展初期采取相關(guān)措施防止表2中所列出的其他3種因素組合中的基本風(fēng)險因素同時發(fā)生，以降低掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故最終發(fā)展成嚴(yán)重后果的風(fēng)險。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合實際生產(chǎn)事故案例，建立掘進(jìn)工作面煤塵爆炸DBN事故分析模型，并利用DBN進(jìn)行正向推理，得出掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故3種不同狀態(tài)的初始先驗概率分別為0.090、0.280、0.630；由初始先驗概率結(jié)果結(jié)合式(10)～式(12)計算可知，在6個時間片后3種狀態(tài)概率分別為0.254、0.261、0.485。

(2)利用DBN進(jìn)行逆向推理，最終確定對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果影響最大的5種基本風(fēng)險因素分別為瓦斯?jié)舛?、環(huán)境火源、通風(fēng)時間不合理、局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理與防塵措施未落實。由計算可知，其后驗概率預(yù)測結(jié)果與先驗概率預(yù)測結(jié)果基本一致，分別為0.302、0.353、0.318、0.332、0.271。同時，在單因素作用條件下，最終確定對掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果影響最大的基本風(fēng)險因素為局部通風(fēng)方案設(shè)計不合理。

(3)通過多因素耦合作用分析，預(yù)測掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果狀態(tài)概率變化情況為先急劇上升，后緩慢上升，最后趨于某一定值；在5種因素組合條件下耦合作用結(jié)果導(dǎo)致掘進(jìn)工作面事故造成嚴(yán)重后果的后驗概率最大，為0.266；掘進(jìn)工作面煤塵爆炸事故造成嚴(yán)重后果的預(yù)防重點是在事故發(fā)展初期對所選取的5種因素采取相關(guān)措施防止這5種基本風(fēng)險因素同時發(fā)生。