煤矿顶板事故原因分析与管理措施研究

李强

（同煤国电同忻煤矿有限公司，山西 大同 037001）

在煤矿事故中，顶板事故是发生比重较大（次数超过50%以上，人员死亡占所有煤炭事故死亡人数的30%以上）的事故。因此，研究煤矿顶板事故，对事故致因进行科学分析、判断，制定有效的预防措施对于煤炭的安全高效开采是非常重要和必要的。

在事故分析方法中，事故树分析法是一种非常常用的方法。能够通过逻辑关系对各类系统中的事故致因、结果进行逐级展示和分析，形成树形图。并可以进行定性分析与定量计算，为事故分析和针对性措施的制定提供科学依据。本文利用事故树分析法对煤矿顶板事故进行分析，并根据分析结果提出解决顶板问题的措施。

1 概述

1.1 顶板事故

在煤炭的地下开采过程中，受到地质条件和开采技术因素的影响，发生顶板冒落事故，轻则给煤炭生产带来影响，重则导致人身伤亡事故。在采用综合机械化采煤工艺之前，顶板事故发生比例高达75%左右。随着液压支架的普及和顶板防控技术的深入研究，顶板事故比例有所下降，不过仍然是煤矿主要事故之一。随着采煤技术的不断发展，开采深度越来越深、巷道断面不断加大，工作面顶板事故的预防更加重要。在生产实践中，发生顶板事故最主要的原因有：一是缺乏对顶板事故发生原因的认识与探究；二是缺乏具有针对性的预防措施。

导致顶板事故的因素有很多，但是最主要的有以下几个方面：.

（1）环境因素。环境因素主要是指地质条件，包括顶板来压、顶板应力分布、顶板地质条件（如松软程度、破碎程度等）。

（2）支护条件。当顶板来压的时候，支护质量的好与坏会对顶板冒落与否产生直接的影响。如果支护密度和可塑量过小或者支护不及时，都会导致支架断裂、顶板垮塌。

（3）顶板的监测预报情况。从安全理论的角度分析，顶板检测不准确很容易导致顶板事故的发生。监测不准确既可能是物的因素（仪器不精准）又可能是人的因素（检测人员记录预报有误）。

（4）管理失误。管理失误、指挥失误、违章作业都有可能直接导致煤矿顶板事故，造成人员伤亡。

1.2 事故树

事故树分析法也被叫做故障树分析法，简称为FTA。它是从结果出发，寻找与结果相关的因素，并建立因果逻辑关系图进行深入分析的一种分析方法。在进行事故树分析时，通常把要分析的时间放在最上面，即作为事故树顶事件，之后从上至下逐层进行原因分解。在分解过程中，有一些因素可能是其他原因导致的，这些因素成为中间事件。中间事件要继续进行分析直到分析到不能进一步为止，这些最后的因素称为底事件。各类事件之间是通过逻辑门连接在一起的，代表着不同的逻辑运算方法。对于任何一个系统来讲，分析导致事故的各种因素以及它们之间的逻辑关系，并根据分析采取相应的措施来控制和消除，是降低事故范围、减少事故损失的有效方法。

2 煤矿顶板事故的事故树分析

2.1 事故树的建立

首先了解顶板的相关资料，包括顶板的地质条件，开采技术，支护技术等。确定了相关背景之后，要对各因素之间的逻辑关系进行分析，确定正确的逻辑关系以便于进行定性分析与定量计算。

通过前面对煤矿顶板事故的分析，查阅相关文献并结合部分顶板事故案列，建立了故障树。该煤矿顶板事故故障树包括5个逻辑或门、1个逻辑与门和10个底事件，见图1。

图1 煤矿顶板事故的事故树

表1 事故树代号与内容说明

2.2 煤矿顶板事故定性分析

对图1中煤矿顶板事故的事故树进行定性分析，求该事故树的最小割集，以此判断相关底事件对与顶事件的影响。通过简单的布尔运算可以求得系统最小割集。从图中逻辑关系分析，最小割集的计算方法如下：

从式（1）可以看出，煤矿顶板事故的故障树的最小割集为K1={x1x7}，K2={x1x8}，K3={x1x9}，K4={x1x10}，K5={x2x7}，K6={x2x8}， …… K22={x6x8}，K23={x6x9}，K24={x6x10}，只要这些割集中的事件发生，就会导致顶板事故的发生。这些最小割集说明导致顶板事故发生的可能性有24种，也就是说发生顶板事故的可能性比较大。如K1割集中，如果底事件x1（支护不当）发生，那么顶板支护就会出现问题；如果同时底事件x11（没有监测）发生，没有及时发现支护出现问题，当有矿工进入该区域的时候，就可能导致顶板事故并造成人员伤亡。其他割集的分析也是一样的原理。通过定性分析可以对煤矿顶板事故发生概率有一个初步的认识，详细的分析要结合定量计算。

2.3 煤矿顶板事故定量计算

从事故树结构可看出:顶板事故树中或门个数占83.3%，与门个数占16.7%。这个比例说明顶板事故非常容易发生，这里对事故树做定量计算。

顶事件的发生概率计算，算法如式（2）所示：

结构重要度的比较:

从结构重要度是了解各底事件重要程度的参考量。假设不考虑概率因素，分析各事件的出现次数，可以简单求得事件结构重要度。分析结果如下，x1到x10的各基本底事件的结构重要度排序可知各基本事件的结构重要度的大小为:

由此可知，在煤矿顶板事故中，没有监测预报x7、预报不准确x8、管理疏漏x9、违章作业 x10，对顶板事故的发生比较重要，所以要从这几个基本事件抓起来减少顶板事故的发生。

3 顶板事故的主要预防对策

通过对顶板事故进行事故树分析，可以针对重要因素提出对策：

1）要有良好准确的顶板监测。这样才能够及时掌握井下顶板情况，了解其活动规律，提前预知顶板来压，尽早采取防护措施。还能掌握顶板活动范围，有针对性的对某一区域采取措施。

2）要加强顶板管理。对于存在问题的巷道及时进行支护和维修，提高支护强度、确保支护到位，杜绝空顶作业，发现弯曲、弯曲支架第一时间进行修理。

3）严格落实各项制度。要按照安全规程要求抓好管理人员和矿工的基本素质，增强员工安全主动性和安全自觉性。定期进行安全培训，牢固树立安全第一的思想，确保安全生产。

4 结语

1）本文从地质、支护、监测和管理等方面分析了导致煤矿顶板事故的因素，并以此建立了由5个逻辑或门、1个逻辑与门和10个底事件组成的事故树。通过定性分析可知，该事故树最小割集有24个；通过定量分析可知，或门个数占83.3%，与门个数占16.7%，因此容易导致事故发生。

2）通过事故树分析，针对重要度较高的因素，提出了要有良好准确的顶板监测、要加强顶板管理和严格落实各项制度的措施。因此，煤矿顶板事故的事故树分析具有一定的科学性和实践性。

〔1〕钱鸣高，钟亚平.煤矿顶板事故防治新技术[M].徐州：中国矿业大学出版社.

〔2〕林柏泉.安全系统工程[M].徐州：中国矿业大学出版社.

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〔4〕王艳红.系统安全分析方法在煤矿走向长壁采煤法中的应用[D].中国地质大学，2014.

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