基于事故树的煤矿瓦斯爆炸事故危险因素分析

基于事故树的煤矿瓦斯爆炸事故危险因素分析

屋顶爆炸是矿山生产中最重要的事故之一。瓦斯爆炸事故的发生必须同时具备3个基本条件:瓦斯积聚、供氧、引爆火源。近年来,随着开采深度的增加和高强度机械化采掘,自然灾害的威胁更加突出。在煤矿复杂的开采条件下,形成瓦斯积聚与引爆火源的原因复杂多样,这给具体的事故分析带来了困难。运用事故树分析法可以对煤矿瓦斯爆炸事故进行定性分析,确定各事件对事故的影响程度,进而提出相应的控制措施。1事故树的树形图事故树分析(FTA),是一种演绎推理法,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树形图表示,通过对事故树的定性与定量分析,找出事故发生的主要原因,为确定安全对策提供可靠依据,以达到预测与预防事故发生的目的。2中间事件的发生机制选择煤矿瓦斯爆炸作为事件树的顶上事件T,根据事故树构建原理和煤矿瓦斯爆炸事故发生机理可知,导致顶上事件发生的主要原因(中间事件A1、A2、X1、X28)有4个:瓦斯积聚、火源、瓦斯浓度达到5%~16%、氧气。找出导致中间事件发生的直接因素,直至不需要继续分析的底事件Xi为止,建立事故树。煤矿瓦斯爆炸事故基本事件见表1,煤矿瓦斯爆炸事故树分析见图1。3运行树分析3.1事故树简化为了对煤矿瓦斯爆炸事故树进行定性、定量分析,需要用布尔代数表达,自上而下展开。利用布尔代数与主要运算法则可进行事故树化简。3.2瓦斯袭击事件的危险基于事故树的一种计算引起顶上事件发生的基本事件的集合叫做割集,一个事故树中的割集一般不止一个。引起顶上事件发生的最小限度的基本事件的集合叫做最小割集。每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能途径,因此最小割集越多,系统越危险。建立事故树布尔表达式,并化为最简标准式,求取最小割集。根据图1,由布尔代数法求事故树最小割集的过程如下:分解上式,可得最小割集:求得最小割集共154组,用最小割集表示等效事故树如图2所示。在瓦斯爆炸事故树中,任何一组最小割集的基本事件同时发生,顶上事件就会发生,说明顶上事件发生的途径有154条。最小割集表示系统的危险性,每个最小割集都是煤矿瓦斯爆炸发生的一种可能途径,说明煤矿瓦斯爆炸的可能性和危险性很大,其中任一最小割集Ei中的基本事件同时发生,就会引起煤矿瓦斯爆炸。从事故树分析得知,风路阻塞、采空区漏风、带电检修、违章放炮等都是引起煤矿瓦斯爆炸的重要危险因素。3.3基本事件的所集如果事故树中某些基本事件不发生,则顶上事件不发生,这些基本事件的集合称为径集,而保证顶上事件不发生的最小限度的基本事件的集合叫做最小径集。根据图3,由布尔代数法求解事故树最小径集的过程如下:即,事故树的最小径集为用最小径集表示的煤矿瓦斯爆炸事故树如图4所示。从最小径集分析可知,最小径集有4组。最小径集表示系统的安全性,任一最小径集中基本事件不发生,煤矿瓦斯爆炸就不会发生。因此,阻止煤矿瓦斯爆炸的直接方法就是阻止某些基本事件的发生。3.4结构重要度分析结构重要度分析是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度。即在不考虑各基本事件的发生概率的情况下,分析各基本事件的发生对顶上事件的发生所产生的影响程度。这是一种定性的重要度分析。在目前事故树分析大都停留在定性阶段的情况下,结构重要度分析显得尤为重要。采用排列法求解,结构重要度分析结果如下:由结构重要度分析可知,基本事件X1、X28结构重要度最大,所以,控制矿井瓦斯浓度不达到瓦斯爆炸界限和断绝氧气是预防煤矿瓦斯爆炸发生的最有效方法。控制瓦斯浓度、防止瓦斯积聚应从防止系统漏风、风流短路、采空区漏风、老顶垮落、瓦斯报警器失误等途径来控制煤矿瓦斯爆炸事故的发生。氧气在通常情况下是自然满足的,因而控制火源是防止瓦斯爆炸的关键。应从避免井下电焊、带电检修、违章放炮、井下吸烟等方面来消除引爆火源。4瓦斯爆破事故的预防(1)从事故树结构上来看,导致瓦斯爆炸事故的基本事件有28个,这些事件通过互相结合来导致事故的发生,要想从根本上杜绝事故的发生就必须阻止所有这些基本事件的结合,然而这些事件涉及的面很广,很难全面进行控制,因此,必须对各事件之间的逻辑关系进行分析,为确定安全对策提供可靠依据。(2)从最小割集和最小径集的组数来看,最小割集有154组,最小径集有4组。即顶上事件可能发生的条件有154条,预防的措施有5条,最小割集所包含的基本事件个数远大于最小径集包含的基本事件,所以瓦斯爆炸事故是极易发生且难以控制。(3)从结构重要度来看,基本事件X1、X28结构重要度最大,所以,控制矿井瓦斯浓度不达到瓦斯爆炸界限和断绝氧气是预防煤矿瓦斯爆炸发生的最有效方法。氧气在通常情况下是自然满足的,因而控制火源是防止瓦斯爆炸的关键。应从避免井下电焊、带电检修、违章放炮、井下吸烟等方面来消除引爆火源。(4)应采取如下瓦斯防治措施:建立瓦斯抽放设施,对煤层进行瓦斯抽放,以达到安全生产的条件;使用本质安全型机械设备,杜绝明火的存在;采用供电闭锁装置和超前切断电源的控制设备,高瓦斯采掘工作面必须安装瓦斯自动检测报警断电装置;必须严格遵守“一炮三检”制度,使用合格的煤矿许用炸药和电雷管;落实安全