应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故

应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第1页共10页应用FTA理论研究采煤工作面瓦斯爆炸事故杨潇指导教师刘照鹏（四川师范大学工学院610101成都）摘要：运用事故树分析方法对采煤工作面工作面瓦斯爆炸事故产生的原因进行分析，通过计算事故树的最小割集、最小径集与基本事件的结构重要度等，分析给出了煤矿瓦斯爆炸事故的预防措施。关键词：矿难；事故树；分析；瓦斯爆炸；预防措施1引言瓦斯爆炸是我国煤矿生产中最常见的灾害事故，仅造成大量人员伤亡，而且严重摧毁井巷设施，中断生产，甚至引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次事故。据统计，从2003年至今我国煤矿共发生17人以上的死亡事故36次，共死亡1972人，其中瓦斯爆炸事故29次。共死亡1972人，占17人以上死亡事故总次数的80.56％，死亡人数的82.86％…，给国家造成了巨大的人员伤亡和财产损失。因此，如何在事故发生前就能预见事故发生的可能性，清查事故原因，排除事故隐患，对于预防瓦斯爆炸，减少人员伤亡及财损失十分必要。表12003年-2009年煤矿一次性死亡17人以上事故汇总发生时间地点死亡事故简述发生时间地点死亡事故简述09-11-21黑龙江鹤岗108瓦斯爆炸07-2-10河南兴安17瓦斯爆炸09-10-8湖南娄底26钢丝绳断落07-1-17内蒙古包头29透水事故09-9-9河南平顶山79瓦斯爆炸06-11-25云南曲靖32瓦斯爆炸09-5-30重庆綦江30瓦斯爆炸06-11-25黑龙江鸡西25瓦斯爆炸09-2-22山西屯兰74屯兰瓦斯爆炸06-11-12山西晋中25瓦斯爆炸08-12-17湖南娄底18工作面瓦斯爆炸06-11-5山西焦家寨35瓦斯爆炸08-9-20黑龙江鹤岗31富华煤矿火灾爆炸06-10-31甘肃靖远29瓦斯爆炸08-8-18辽宁沈阳26瓦斯爆炸06-4-29山西大同32瓦斯爆炸08-7-5山西大同21一氧化碳中毒窒息06-3-18山西临县28透水事故08-7-1陕西榆林18放炮炮眼事故06-2-1山西晋城23瓦斯爆炸08-1-20山西临汾20非法私采瓦斯爆炸05-12-2河南新安35透水事故应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第2页共10页07-12-6山西洪洞105瓦斯爆炸，且瞒报05-7-11新疆阜康83瓦斯爆炸07-11-8贵州毕节35煤与瓦斯突出05-6-22山西繁峙37瓦斯爆炸07-8-17山东新汶181涌水事故05-5-19河北承德50瓦斯爆炸07-5-5山西临汾28瓦斯爆炸05-2-14辽宁阜新214瓦斯爆炸07-4-16河南平顶山31瓦斯爆炸04-11-28陕西铜川166瓦斯爆炸07-3-28山西临汾26瓦斯爆炸04-10-20河南新密148瓦斯爆炸07-3-18山西晋城21瓦斯爆炸03-5-13安徽淮北86瓦斯爆炸在煤矿复杂的生产条件下，导致瓦斯爆炸因素许多，如管理因素、施工因素及技术因素等，可能形成瓦斯爆炸的因素复杂多样，这些因素不仅相互交叉，而且往往只能作为定性描述，这给具体的事故分析带来了许多困难。事故树分析法是从特定的事故开始，考察可能引起该事故的各种可能的原因及其相互关系的系统安全分析法，应用这种方法可使事故分析有条不紊地进行，因而在复杂事故分析中有重要作用。所以。运用安全系统工程中的事故树分析法，对采煤面瓦斯爆炸原因进行研究。可以有效地解决这些问题。2事故概况2009年11月21日凌晨2时30分左右，黑龙江省龙煤控股集团鹤岗分公司新兴煤矿发生爆炸事故，矿难致108人死亡。经初步分析，该事故主要是由于113队施工作业面距离地面约500米深的探煤道发生煤与瓦斯突出，引起瓦斯爆炸，波及井下作业采掘工作面28个，当时井下共有作业人员528名。经全力救援，有420人升井。国务院调查组针对黑龙江鹤岗新兴煤矿瓦斯事故召开首次全体会议。任此次事故国务院事故调查组组长的安监总局局长骆琳说，根据对黑龙江新兴煤矿瓦斯爆炸事故的现场初步分析，事发矿安全责任不落实，隐患排查不认真、不彻底，是一起责任事故。该矿采掘布置不合理，井下管理管理和劳动组织混乱，采掘工作面各处多达30多个，夜班下井人数500多人，白班超过1000多人，表现出安全责任不落实，隐患排查不认真、不彻底，这是一起责任事故。3事故树编制3.1事故树分析法的实质事故树分析法（FaultTreeAnalysis，简称FTA）是一种演绎推理法，又称应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第3页共10页作故障树分析法或事故逻辑分析法，是安全系统工程的重要分析方法。这种方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的危险性，发现系统中存在的不安全隐患，运用布尔代数运算对事故发生的可能性进行推测和判断，为制定相应的措施提供可靠的科学依据，以使企业改进安全生产状况，更好地实现安全生产。这种方法既适用于定性分析，也适用于定量分析，并具有简明形象的特点。3.2采煤面瓦斯爆炸事故树分析事故树分析是把所研究系统的最不希望发生状态作为顶上事件，然后寻找导致这一顶上事件发生的全部直接因素，并逐次下推，一直追查到那些不需要再深究的因素为止。众所周知，发生瓦斯爆炸必须同时具备的2个基本条件是瓦斯积聚、供氧及引爆火源。其中供氧条件在通常情况下是自然满足的，因而在大多数条件下只要一定浓度的瓦斯及引爆火源同时存在，瓦斯爆炸就必然发生。根据瓦斯爆炸理论并通过对我国所发生的多次采煤工作面瓦斯爆炸事故的调查，总结引起瓦斯爆炸事故的基本事件如表2所示，编制采煤工作面瓦斯爆炸事故树。根据事故诱发原因，把事故隐患转化条件尽可能地罗列出来，根据因果之间逻辑关系，系统地做出事故树因果图（如图１）。表2事故树事件名称代码概率一览表事件名称代码qi事件名称代码qi事件名称代码qi采煤面瓦斯爆炸TO随意关电X210-3抵抗线不足X1210-4相遇a冒顶区瓦斯积聚X310-4封泥不足X1310-4达到爆炸浓度b串联通风X410-5炸药变质X1410-4瓦斯积聚M1局部通风机循环风X510-5放炮器出火X1510-5局部通风机停转M2风筒脱节X610-4自燃X1610-3工作面风量不足M3针眼接头漏风X710-4矿灯出火X1710-3引爆火源M4通风能力不足X810-4开关冒火X1810-4爆破火焰M5末节风筒过远X910-4电源短路X1910-4电气火花M6摩擦火花X1010-3带电检修X2010-4电网停电X110-4静电火花X1110-4明火X2110-4应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第4页共10页图一采煤工作面瓦斯爆炸事故树应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第5页共10页4事故树分析4.1事故可能发生途径用布尔代数法求事故树最小割集T=M1*M4=(M2+X3+X4+M3)*(X10+X11+M5+X16+M6+X21)=(X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9)*(X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21)。由上式可得此事故树的最小割集共9大组108小组是：N1:｛（X1，X10）;（X1,X11）;（X1,X12）;（X1,X13）;（X1,X14）;（X1,X15）;（X1,X16）;（X1,X17）;（X1,X18）;（X1,X19）;（X1,X20）;（X1,X21）｝。同理：N2:｛（X2，X10）;（X2,X11）;（X2,X12）;（X2,X13）;（X2,X14）;（X2,X15）;（X2,X16）;（X2,X17）;（X2,X18）;（X2,X19）;（X2,X20）;（X2,X21）｝。……………………………………………………………………………………………N9:｛（X9，X10）;（X9,X11）;（X9,X12）;（X9,X13）;（X9,X14）;（X9,X15）;（X9,X16）;（X9,X17）;（X9,X18）;（X9,X19）;（X9,X20）;（X9,X21）｝。掘进工作面瓦斯爆炸事故中，任何一组最小割集的基本事件同时发生，顶上事件就必然发生，说明导致顶上事件发生的途径有108个。4.2求最小径集最小径集是使事故不发生的最低限度的基本事件的集合。根据图１事故树，所得成功树。根据成功树求最小径集T，=M1，+M4，=(M2，X3，X4，M3，)+(X10，X11，M5，X16，M6，X21，)应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第6页共10页=(X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，)+(X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，)由此，可得2组最小径集，即：P1＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9｝；P2=｛X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21｝。说明有2种避免事故发生的可能途径。4.3结构重要度分析根据最小割集数排列，可得系统中各基本事件结构重要度排序为:I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9)I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)4.4顶上事件的概率P（T）=［1-（1-q1）（1-q2）（1-q3）（1-q4）（1-q5）（1-q6）（1-q7）（1-q8）（1-q9）］［1-（1-q10）（1-q11）（1-q12）（1-q13）（1-q14）（1-q15）（1-q16）（1-q17）（1-q18）（1-q19）（1-q20）（1-q21）］=7.14*10-64.5求概率重要度概率重要度表示第i个基本事件发生概率的变化引起顶上事件发生概率变化的程度。根据定义可以得出公式：qiTPiIg)()(＝（i=1,2,…,n）式中P(T)--------顶事件发生概率；qi---------第i个基本事件的发生概率。根据公式并代入表2中数据得I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9)=0.00441I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)=0.00162应用FTA研究采煤工作面瓦斯爆炸事故第7页共10页4.6求危险重要度危险重要系数顺序为：Cg(2)Cg(10)=Cg(11)=Cg(16)=Cg(17)Cg(3)Cg(6)=Cg(7)=Cg(8)=Cg(9)Cg(1)Cg(18)=Cg(19)=Cg(20)=Cg(21)Cg(4)Cg(5)Cg(15)Cg(13)=Cg(14)=Cg(12)5结论（1）图１中有21个基本事件，从采煤面瓦斯爆炸事故树来看。最小割集有108组，数量较多，表明矿井采煤工作面瓦斯爆炸有108种可能途径，充分说明事故的可能性与危险性都很大。其中每一组最小割集都只含有两个基本事件。只要任意一组最小割集发生就会引起采煤工作面瓦斯爆炸。（2）从采煤工作面瓦斯爆炸成功树可看出有2个最小径集，只要每个最小径集的基本事件都不发生，就能控制事故不发生。系统中最小径集越少，则系统越不安全，采煤工作面瓦斯爆炸只有两个最小径集，说明采煤工作面是一个相对不安全的系统。求出了系统的全部最小径集，就知道有几种控制系统事故的方案，即可以拟订2种处理方案，这2种途径均使事故可能不发生。从这2个最小径集中可以看出，事件最少的是P1，所以应视P1为控制瓦斯爆炸的最优途径。（3）由结构重要度分析结果知，基本事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9结构重要度最大，其重要性在系统中占首位，其次是X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21。所以，应选择控制瓦斯浓度、通风环境，作为预防瓦斯爆炸的主要措施。（4）由顶上事件概率分析得知P（T）=7.14*10-6，可以看出只要控制好每一