基于WBS-RBS与故障树耦合的煤矿开采风险辨识与评价

赵晋

【摘 要】针对煤矿开采系统复杂，安全影响因素多等特点，提出WBS-RBS与故障树耦合的风险辨识与评价方法。在对煤矿事故统计分析的基础上，将采煤作业分解结构（WBS）和采煤风险分解结构（RBS）结合得到风险矩阵，分析辨识采煤过程的风险源。然后将辨识结果与故障树耦合，借助FreeFta故障树分析软件对煤矿开采过程中三种主要事故进行敏感度分析。最后根据敏感系数值将风险源划分为三级，并对分级结果进行分析，为煤矿开采风险辨识与评价提供借鉴。

【关键词】煤矿开采;作业分解结构（WBS）;风险分解结构（RBS）;故障树分析法（FTA）;风险矩阵;风险辨识;风险评价

中图分类号： TD791;TD82 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0211-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.101

0 引言

當今，多方面、深层次的原因导致矿难不断发生，有效的辨识和评价煤矿生产中的风险，对于降低事故发生率，提高煤矿安全生产系数具有重要意义。

目前，用于煤矿安全评价的方法很多，既有定性的也有定量的，诸如安全指数法、概率风险法、地质类比法、综合评价法、模糊集值统计法、模糊综合评判法等，但是每个方法都有其优、缺点，各有自己的使用范围，而且由于煤矿安全具有许多未确知的因素，当前多数评价方法难以获得可靠的评价结果。

本文运用WBS-RBS与故障树耦合的方法对煤矿开采中的风险进行定性、定量分析。其优点主要体现在三方面：1）通过工作分解（WBS）与风险分解（RBS）可以将风险具体化，从而得到的风险源更加贴近客观事实。2）通过运用故障树分析法对风险源进行定量评价，所得结果更具说服力。3）WBS-RBS与故障树分析法结合，得到评价结果更可靠。

1 煤矿开采事故统计分析

对近几年煤矿安全事故数据进行整理，按事故类型和事故原因进行统计，得到事故原因统计表1[1]。

2 煤矿开采中的风险辨识

运用WBS-RBS[2-3]分析法进行煤矿开采风险辨识，得到煤矿开采中的风险源。

2.1 煤矿开采作业WBS分解

根据煤矿生产的特点，对煤矿开采作业做WBS分解其层次结构见图1。

2.2 煤矿开采风险RBS分解

井下生产系统是由人-机-环境组成的复杂系统，对其开采风险做RBS分解具体见图2。

2.3 煤矿开采过程WBS-RBS风险辨识

根据WBS、RBS构建风险矩阵。根据《煤矿安全规程》、以及从中国煤矿重大事故中的不安全行为研究[1]一书中整理的资料，判断工序Wij与风险Rmn结合是否产生风险事件。产生则为1，不产生或危害很小则为0[4]。

整理WBS-RBS风险矩阵中的风险事件，找出其对应的风险源具体见表2。

3 煤矿开采风险分级评价

运用故障树分析法（FTA）[5]对上文所得风险源进行分级评价。

3.1 绘制故障树

3.1.1 确定顶上事件

根据图1中事故分布统计，将各事故所占比例作为其发生概率，选取事故率大于5%的事件为顶上事件：①冒顶;②水害;③瓦斯爆炸。

3.1.2 故障树作图

借助FreeFta故障树分析软件分别绘制3个顶事件的故障树，见图3-图5。

3.2 敏感系数求解

3.2.1 计算故障树最小割集

借助FreeFta故障树分析软件得到：①冒顶的最小割集为：{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6*X7};②水害的最小割集为：{X8}、{X9}、{X10}、{X11}、{X12}、{X13};③瓦斯爆炸的最小割集为：{X14}、{X15}、{X16}、{X17}、{X18}、{X19}、{X20}。

3.2.2 煤矿开采风险敏感性分析

敏感性分析计算方法如下：

1）求顶事件发生概率

基于最小割集理论，得顶事件的概率：P（A1）=0.58，P（A2）=0.67，P（A3）=0.68。

2）计算风险源的敏感系数

本文采用临界重要度系数[6]作为敏感系数，借助FreeFta分析软件求解各底事件的敏感系数。

3）煤炭开采风险源分级

将求得的敏感系数进行整合，相同风险源对应的敏感系数求均值，得15个风险源。取敏感度大于0.1的风险源为关键风险源，共7个，占比47%;取敏感系数介于0.05～0.1的风险源为次关键风险源，共3个，占比20%;取敏系数小于0.05的风险源为非关键风险源，共5个，占比33%。

综上，人为、技术、管理等因素是煤矿生产中的关键和次关键风险源，而地质条件等环境等因素是非关键风险源。该分析结果与荆全忠等[7]基于层次分析法（AHP）的煤矿安全生产能力指标体系研究所得结果相一致。

4 结语

1）运用WBS-RBS分析法全面的辨识出采煤过程中的15个风险源，有效解决了采煤过程环境复杂、不确定因素多而导致风险分析不完善的问题。

2）通过WBS-RBS分解结构与故障树模型进行耦合，从而将定性分析和定量分析相结合，提高了风险分析结果的说服力。

3）根据敏感系数值将辨识出的15个风险源分为关键风险源、次关键风险源、非关键风险源三级，便于进行风险分级管理，同时也为煤矿安全生产提供借鉴。

【参考文献】

[1]陈红.中国煤矿重大事故中的不安全行为研究[M].科学出版社，2006，10.

[2]王敏.基于多维矩阵WBS的施工项目成本动态控制研究[D].中国矿业大学，2015：25-30.

[3]程鸿群，佘佳雪，袁宁，彭朝晖.深基坑工程施工过程风险综合评价[J].同济大学学报（自然科学版），2016，44（3）：0491-498.