基于安全系统事故树分析的煤炭自燃预防

韩亚平 冯团英

(1.江西省煤炭工业科学研究所 江西 南昌3300292.江西工业职业技术学院 江西 南昌330039)

前言

从系统工程的观点来看,矿井是一个复杂的大系统,它由采、掘、机、运、通等子系统组合而成；每个子系统都分别影响着大系统,且子系统之间又互相联系与影响。只有将系统的观点运用于矿山生产的安全管理上,才能全面地观察、分析和解决问题。

安全系统分析是采用系统工程的原理和方法，识别、分析、评价系统中的危险性，并根据其结果调整工艺、设备、操作、管理、生产周期和投资等因素，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统达到最佳安全状态。

一、矿井自燃安全状况

矿井煤炭自燃发火是煤矿生产的主要灾害之一，是煤矿安全生产的隐患。对于自燃发火的原因，传统的分析方法已为我们提供了许多有益的经验，但有些建立在经验基础上的传统方法，难以用来解决现代生产过程中出现的带有综合性原因的灾害问题；因此，要系统的、全面的查明自燃灾害的发生原因和可能发生的途径，以及对煤矿安全生产的影响，就必须引进与应用现代管理的新方法，将传统的实践经验分析与事故树分析法相结合，找出产生煤炭自燃发火的原因及可能途径，提出预防事故发生的合理对策。

某矿一直采用倾斜分层、煤皮假顶回收老巷煤的采煤方法，回采率低于60%。该矿煤层平均厚度12米，顶底板均属软岩，矿压较大。煤的最短发火期为18天，自然发火期为一个月。自投产以来总发火次数654次，最高年份达110次/年、发火率为2.05次/万吨。

最高年份煤炭自然发火情况表

合计 110 100.0

该矿的采煤方法较为落后，工作面推进速度慢、采空区留煤量多且封闭不及时，是造成煤炭自然发火的一个原因。

由于回采工作面太短、煤柱、联络巷、探煤巷过多，增加了煤层的破坏程度并产生了过多的应力集中，也使得通风产生较大压差并增加了压能的消耗，使得自燃的次数不断增加。

利用传统的分析方法，虽可找出引起自燃的基本事件，但无法知道是所有基本事件同时发生，还是某些事件组合就能引起自燃，而哪些事件最重要更无法确定。因此，必须按照基本事件间的逻辑关系，建立事故树进行分析；通过对事故树的最小割集与最小径集以及结构重要度的分析计算，才可找出由哪些基本事件组合可使顶上事件(事故)发生及影响程度，为有效地控制或减少事故提供定性与定量的依据。

二、安全系统事故树分析

1.建立事故树模型

事故树分析法把不希望发生的事件作为顶上事件(Top Event)，用规定的逻辑符合表示，然后找出导致上一层事件发生的所有直接因素，并逐次深入直至找到根本源及基本事件(事故树的底事件)为止。图1为煤炭自然发火事故树分析图。

图1 煤炭自然发火事故树

2.最小割集与最小径集

最小割集与最小径集都是事故树的分析方法。最小割集是导致顶上事件发生的必要基本事件组合，表示同时发生哪些事件和差错时，才会产生事故，即表示整个系统的危险性。最小径集是使顶上事件不发生的必要基本事件的组合，可说明不同时发生哪些事件和差错时，就不会引起事故的发生，即表示系统的安全性。事故树复杂时，分析容易出错，因此需要进行简化。现用布尔代数对图1进行简化：

(1)最小割集

分解上式，可得最小割集80个：

(2)最小径集

对事故树偶的安全树用布尔代数简化出来的结果就是最小径集。利用最小径集与最小割集的对偶性，把事故树的与门改为或门，或门改为与门，则各类事件的发生就改为不发生，由此得到了与事故树相对偶的安全树，见图2。

图2 煤炭自然发火安全树

安全树的最小割集即为事故树的最小径集：

得到6组最小径集：

3.结构重要度

基本事件结构重要度是表示各基本事件的发生，对影响顶上事件(事故)发生的重要度。对重要程度高的事件在整改时加以优先考虑，能更快地提高整个系统的可靠性。

由基本事件在最小径集中出现的次数以及组合情况，可求解出基本事件的结构重要度的排列顺序如下：

三、评价与对策

最小割集能表示系统的危险性。因为每个最小割集都为顶上事件发生的一种可能，求出了各组最小割集，就明确了顶上事件的所有可能途径，这就为事故预测、预防、调查提供了依据。事故树的最小割集组数越多，系统的危险性就越大。基本事件少的最小割集比基本事件多的最小割集危险性要大。最小径集可表示系统的安全性。因为每个最小径集都为顶上事件不发生的可能，所有，对每个最小径集内基本事件的控制，都是防止事故的方案，从而实现系统安全。

最小割集说明该矿自然发火的可能途径有80组，对于每一种可能的途径，只要使其中任一基本事件不发生，就可避免由该集造成的自然发火。

1.加快工作面推进速度就可消除X4这一基本事件，随之而来就可消除8种带有X4这一基本事件的割集所引起的自然发火路径。

2.加强对煤炭自燃的预测预报工作，提高瓦检人员的技术素质，加强管理，发现自燃的早期预兆应及时处理；同时必须提高工作面的回采率，减少遗煤量；以控制X1或X2使其不能发生，就可避免80种引起自燃的可能途径。

3.改进落后的采煤方法，加快工作面的推进速度，减少遗煤量，并同时进行预注浆等防火措施；以避免因回采率底、采空区空顶时间长等造成的另外56种引起自燃的途径。

4.X19是结构重要度中较有影响的因素，可引起40种自燃途径，因此必须采取有效措施：改善通风系统，尽量缩短风流路线，维护巷道的完好率，以降低井巷风阻。

如果事故树中与门多，定性分析可从求最小割集入手。如果或门多，则宜从求最小径集入手，找出控制事故的最好方案。控制或消除基本事件少的最小径集集中的基本事件，其安全经济效益最高。最小径集只有6组，分析它要简单的多，同时结合基本结构重要度大小的排列顺序，就可有目的、有重点、有顺序地提出整改措施，使大家对自然发火的原因有更清楚的认识。

结语

该矿对系统进行评价后，根据分析的结果，落实了整改措施：进行厚煤层放顶煤开采，配套预注阻化剂防火，并加强了对火灾预兆的处理，使得自然发火率下降近90%，年自燃次数不超过10次，取得了较满意的效果。

显而易见，将安全系统事故树分析与实践经验相结合，可以查出问题的全部所在，解决极为复杂的现实问题，提高矿井安全管理水平，最大限度的保障安全生产，减少灾害事故的发生率。

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2010.

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