煤矿瓦斯事故的事故树分析研究

刘 刚

（同煤集团四台矿，山西 大同 036000）

在煤矿主要事故类型中，瓦斯爆炸事故是危害较大、发生次数较多的一类事故，严重影响了我国煤炭的安全高效开采。因此，对煤矿瓦斯爆炸事故进行原因分析是制定防范措施的重要依据。

在事故分析方法中，事故树分析法是一种常用的方法。事故树分析法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。

1 瓦斯爆炸事故原因分析

煤矿瓦斯爆炸事故的发生必须同时具备三个条件，也就是瓦斯浓度达到爆炸界限5%～16%、达到650℃～750℃的引爆火源和不低于12%的氧气浓度。一般来讲，井下工作地点的氧气浓度一定会达到12%，因此这是一个必然条件。那么分析瓦斯爆炸的主要原因就要从瓦斯浓度和火源入手。瓦斯浓度达到爆炸界限是瓦斯积聚的结果，造成瓦斯积聚的原因主要有瓦斯抽采不达标、通风系统不合理、风机停风、瓦斯突然涌出等；火源则主要是爆破、煤炭自燃、出现明火、电气火花等。

根据事故致因理论的相关观点来看，任何事故的发生都是由直接因素和基本因素所导致的。对煤矿瓦斯爆炸事故来说，其受到自然因素、地质条件、开采技术以及管理水平等多方面因素的影响，因此是一个复杂的、不确定的系统。通过事故树分析，能够理清导致瓦斯爆炸事故的因素及其集合，还可以通过重要度分析判断因素的重要程度。

2 煤矿瓦斯事故的事故树分析

2.1 事故树的建立

前面已经对煤矿瓦斯事故的产生原因进行了简单分析。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。建立事故树，煤矿瓦斯爆炸事故的事故树包括6个逻辑或门、1个逻辑与门和15个底事件，示意图如图1所示。

表1 事故树代号与内容说明

2.2 煤矿瓦斯事故定性分析

对图1所示煤矿瓦斯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，煤矿瓦斯事故的故障树的最小割集为K1={x1x4x2}，K2={x1x4x3}，K3={x1x4x13}，K4={x1x4x14}，K5={x1x4x15}，K6={x1x5x2}，……，K44={x1x12x14}，K45={x1x12x15}，只要这些割集中的事件发生，就会导致瓦斯事故的发生。这些最小割集说明导致瓦斯事故发生的可能性有45种，也就是说发生瓦斯事故的可能性比较大。如K1割集中，如果x1(氧气浓度)达到条件，同时底事件x2(煤炭自燃)导致存在明火火源，底事件x4(风路串联)导致瓦斯积聚，那么此时就很容易发生瓦斯爆炸。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瓦斯爆炸事故的发生概率有一个初步的认识，详细地分析要结合定量计算。

2.3 煤矿瓦斯爆炸事故树定量计算

从事故树结构可看出：瓦斯事故树中或门个数占85.7%，与门个数占14.3%。这个比例说明瓦斯事故非常容易发生，这里对事故树做定量计算。

进行顶事件的发生概率计算，算法如下式2所示：

结构重要度的比较：

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。x1到x15的各基本底事件的结构重要度排序为：

I(1)＞I(2)=I(3)=I(1 3)=I(1 4)=I(1 5)＞I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9) =I(10) =I(11) =I(12)

由此可知，在煤矿瓦斯事故中，除了氧气浓度x1是必然条件，最重要之外，爆破火源x2、煤炭自燃x3、管理漏洞（违章吸烟x13、设备火花x14、电气焊x15）等因素是对瓦斯爆炸事故影响较大的因素。

3 瓦斯事故的主要预防对策

通过对煤矿瓦斯爆炸事故进行事故树分析，可以针对通风管理、瓦斯管理、火源管理等方面的重要因素提出解决的措施：

（1）优化通风系统，加强通风与瓦斯检查。确保通风系统、通风网络合理。对《煤矿安全规程》中不允许的串联通风等要严格杜绝。对井下各用风地点的风量要进行定期的测定和分析，要科学分配风量，保障风量供应，不允许欠风生产。对通风系统要定期进行审查，确保通风系统稳定可靠。如果矿井需要对通风系统进行调整，必须及时编制调整设计和安全技术措施。矿井产量要与通风能力相适应，严禁超通风能力生产。同时，做好瓦斯检查，及时准确地掌握井下瓦斯浓度。

（2）局部通风机必须实现“三专两闭锁”，即使用专用变压器、专用开关和专用缆线（不允许搭接其他用电负荷），要有风电闭锁和瓦斯电闭锁。另外，要定期指定技术人员对通风机进行检查与维护，了解通风机和供电系统的状况，保证正常可靠的运行。

（3）如果遇到自然因素的变化，如地面大气压变化、开采中地质构造变化、瓦斯突然涌出等特殊情况时，要及时报告并制定详细的通风和开采计划。

（4）杜绝井下火源，所有入井人员不得穿化纤衣物，以免产生摩擦静电火花；加强入井人员的管理，严禁吸烟，并注意其他火源。

4 总结

（1）本文从导致煤矿瓦斯爆炸的三个必要条件入手，分析了各个条件下的影响因素，并以此建立了由6个逻辑或门、1个逻辑与门和15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45个；通过定量分析可知，或门个数占85.7%，与门个数占14.3%，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，提出了优化通风系统、风机要“三专两闭锁”、制定应对自然条件变化的紧急预案和加强管理等措施。因此，煤矿瓦斯爆炸的事故树分析具有一定的科学性和实践性。