事故树在某金属矿山通风系统稳定性分析中的应用

肖利民

(长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012)

1 矿山概况

某金属地下矿山采用斜坡道+盲斜井开拓，生产规模为3000 t/d。采用的采矿方法为大直径深孔阶段空场嗣后充填法和分段凿岩阶段空场嗣后充填法。井下矿岩利用无轨汽车经斜坡道运输至地表。共段划分有 550，500，450，400，350，300 m 共 6 个中段。

矿井采用双翼对角抽出式通风系统。通风路线为:新风分别从500 m平硐、斜坡道硐口进入井下，再经盲斜井和斜坡道进入到各中段运输巷道，然后由盘区平巷、装矿进路进入采场，清洗工作面后，污风分别汇至南回风天井、北回风天井、西回风天井，最终汇集到南回风平硐、北回风斜井，再由设在南回风平硐口和北回风斜井口的主扇将污风抽至地表。

2 矿井通风系统稳定性分析

一般在矿山正常生产期间，其通风系统在一定的条件下处于相对稳定的状态。即通风网络中的风流自然分配情况受风流运动的客观规律所支配而处于某种动态的平衡状态［1］。但是，随着矿山生产条件的变化(如开采深度的增加、作业地点的改变、工作面的推移、巷道的贯通与堵塞等)，其通风线路、通风设备和设施、通风阻力和风量都会随之而改变，进而造成某些通风井巷的风量发生较大的变化［2］。一旦这些通风井巷的风量变化幅度超过一定范围后就会导致整个矿井通风系统的不稳定，主要需风工作面得不到足够的新鲜风流，炮烟、柴油设备尾气积聚，威胁到井下生产安全。因此，必须对矿井通风系统进行稳定性分析，找出影响通风系统稳定性的主要因素，以便提前采取预防措施，尽量减少和防止通风系统不稳定状态的发生。

2.1 矿井通风系统稳定性分析方法选择

目前，对矿井通风系统稳定性的分析大多采用数学分析法［3－7］。本文结合矿井通风系统特点，采用事故树分析对通风系统稳定性进行分析和研究。

事故树分析(Fault Tree Analysis，FTA)是由美国贝尔电话实验室的维森(H.A.Watson)提出的，目前已广泛用于各领域［8］。

事故树分析是一种表示导致灾害事故的各种因素之间的因果及逻辑关系图。该方法是从分析的顶上事件开始，逐层分析事件发生原因，直至找出事故的基本原因，即基本事件为止。根据分析出的基本事件可提出相应的预防措施，从而提高系统的安全性、可靠性和稳定性。

矿井通风系统与矿井的开拓、提升运输、自然气候等因素的关系十分密切，受众多不确定因素的影响，矿井通风系统具有很强的随机性。为了解和掌握影响矿井通风系统稳定性的各因素，利用事故树对矿井通风系统稳定性进行分析，从而找出矿井通风系统稳定性的影响因素，针对各因素提出有效的预防措施。

2.2 矿井通风系统不稳定事故树分析

影响矿井通风系统稳定性的因素很多，而在矿井发生灾变时，如发生火灾、透水、采空区大面积垮塌等灾害事故时，将导致矿井通风系统无法正常工作，严重的造成通风系统瘫痪。可见矿井灾变时期的通风系统稳定性研究更为复杂，本次研究主要对矿山正常生产时期的通风系统不稳定情况进行分析和研究。

为建造事故树，在熟悉矿井通风系统后，首先需要确定顶上事件。本次研究将矿井通风系统稳定看作是成功树的顶上事件，那么，它的补事件即矿井通风系统不稳定即可作为事故树的顶上事件。再对其逐层次深入分析，分析出各因素的相互联系与制约的关系，即输入与输出的逻辑关系，然后用事故树符号表示出来。建造的某金属矿山通风系统不稳定事故树见图1。

图1 某金属矿山通风系统不稳定事故树

图1所示的事故树各因果事件基本采用或门连接，说明每个基本事件的发生都将影响矿井通风系统的稳定性。在不考虑灾变时期通风系统不稳定情况下，该金属矿山正常生产时期通风系统不稳定事故树的最小割集有 {X1}，{X2}，{X3}，……，{X17}，{X18}，{X19}，共19个。该金属矿山正常生产时期通风系统不稳定事故树的最小径集仅有1个，最小径集为 P={X1，X2，X3，……，X17，X18，X19}。该事故树的割集多，说明影响矿井通风系统稳定性的因素很多;径集只有1个，且该径集包含的基本事件很多，说明要控制和维持矿井通风系统的相对稳定是非常复杂和困难的。很难通过控制个别事件来维持通风系统的稳定，必须从各方面着手，加强对矿井通风系统的管理和维护。

根据对图1的分析，可将影响通风系统稳定性的因素大致分类，有些因素是来自外部，有些是因矿井本身生产活动引起的。针对不同的影响因素，须采取对应的预防措施。矿井通风系统稳定性影响因素分类及预防措施见表1、表2。除了外部因素、内部因素外，还有矿井灾变时期影响因素。矿井灾变时期影响因素主要有火灾、透水、空区大面积垮塌及其它灾害等。针对灾害事故，矿山企业在生产中须不断加强矿山安全生产管理工作，严防各类灾害事故的发生。

表1 通风系统不稳定外部影响因素及预防措施

3 结论

通过采用事故树分析法对该矿山正常生产时期通风系统不稳定影响因素进行分析，掌握了影响矿井通风系统不稳定的各相关因素，针对各基本事件提出了有效的预防措施，减少了不必要的通风投入。

表2 通风系统不稳定内部影响因素及预防措施

［1］徐瑞龙.通风网络理论［M］.北京:煤炭工业出版社，1993.

［2］宋泽阳，李学创，齐文宇，等.矿井通风系统稳定性定量判定方法研究［J］.中国安全科学学报，2011，21(9):119-124.

［3］吴向前.矿井通风系统稳定性的研究［D］.青岛:山东科技大学，2002.

［4］贾进章，马恒.基于灵敏度的通风系统稳定性分析［J］.辽宁工程技术大学学报自然科学版，2002，21(4):428-429.

［5］朱政宏.多风井矿井通风系统稳定性分析研究［D］.淮南:安徽理工大学，2012.

［6］裴绍宇.矿井通风系统的稳定性分析［D］.西安:西安科技大学，2011.

［7］王从陆.非灾变时期金属矿复杂矿井通风系统稳定性及数值模拟研究［D］.长沙:中南大学，2007.

［8］汪元辉.安全系统工程［M］.天津:天津大学出版社，1999.