基于最小径集法的采煤工作面瓦斯爆炸事故树研究

基于最小径集法的采煤工作面瓦斯爆炸事故树研究

0事故树分析法的应用砖瓦爆炸是中国煤矿生产中最常见的事故。它不仅造成大量人员伤亡，而且严重破坏了井和道路设施，中断了生产，导致了煤渣爆炸、井火灾和井巷坍塌等二次事故，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,减少人员伤亡及财产损失十分必要。在煤矿复杂的生产条件下,导致瓦斯爆炸因素复杂多样,如管理因素、施工因素及技术因素等,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。运用安全系统工程中的事故树分析法,对采煤工作面瓦斯爆炸原因进行研究,可以有效地解决这些问题。1瓦斯袭击事故树分析的基本原理事故树分析法(FaultTreeAnalysis),简称(FAT)法,是安全系统工程最常用和最重要的分析方法,是判断、研究复杂系统发生事故的有力的分析工具。该方法实质上是一个布尔逻辑模型。这个模型描绘了系统中事件之间的关系。这些事件导致一个最终的结局发生,称此结局为顶上事件。在安全分析中,顶上事件被定为一个不希望有的事件(事故或故障),故命名为“事故树”或“故障树”。事故树分析法,适用于对作业系统安全性的分析。由于该方法具有演绎推理功能,是从因果链去考虑各种事件的组合输出,可以对每个事件按其引发顶上事件的重要性(或敏感度)进行分级。如果能够获得各个事件发生的概率,则可对各个事件导致顶上事件发生的重要性做出准确的排序,并能进行概率统计方面的预测。瓦斯爆炸事故树分析是把瓦斯爆炸事故作为分析的顶上事件,然后寻找导致这一顶上事件发生的全部基本事件。用基本事件发生的概率来推算顶上事件发生的可能,从而对工作面瓦斯爆炸进行预测。生产中导致瓦斯爆炸的因素,往往涉及许多基本事件,且各基本事件之间又相互联系,仅依靠经验判断事故发生的可能,具有很大的盲目性和片面性。随着科技的不断发展和社会文明的进步,对煤矿安全问题的要求也越来越高。为保证安全生产,预防瓦斯爆炸事故的发生,有必要事先了解可能导致瓦斯爆炸发生的危险因素,找出事故发生的原因,因此,必须从可能导致瓦斯爆炸的每个基本事件进行科学、系统地分析和评价。事故树分析的优点主要有:(l)既能找到引起事故的直接原因,又能揭示事故发生的潜在原因,并能概括导致事故发生的各种情况;(2)逻辑性强,灵活性高,适应范围广。它不仅考虑设备及其部件的故障,而且还考虑环境因素和人的失误。既能分析己发生的事故,又能预测发生事故的可能性;(3)既可定性分析,又可定量分析。定性分析可详细分析事故的直接原因。也可用其分析复杂系统,并定量预测发生事故可能性大小;(4)掌握一般数学知识的人可以应用它,具有高等文化水平的人也有深入研究发展它的余地。2在揭露谋杀案的树分析中2.1供氧条件下瓦斯爆炸发生的原因众所周知,发生瓦斯爆炸必须同时具备3个基本条件:浓度在爆炸极限范围内的瓦斯、充足的氧气和点火源。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1所示,根据因果逻辑关系,编制采煤工作面瓦斯爆炸事故树,如图1所示。2.2网络安全事件要达到最事故树定性分析的目的,主要是查明系统由初始状态(基本事件),发展到事故状态(顶上事件)的途径,并求出能引起发生顶上事件的最少事件的组合,为改善系统安全提供相应的对策。在定性分析中,可求出事故树的最小割(径)集和基本事件结构重要度,其目的是明确与顶上事件(瓦斯爆炸)存在重要关系的基本事件或者基本事件的组合,将可导致瓦斯爆炸的基本事件按影响大小进行排序。2.2.1最小切分集的解根据事故树,用布尔代数可以求出瓦斯爆炸的最小割集,求解过程及结果如下:化简可得到60个最小割集分别为:2.2.2基本事件的发生概率结构重要度(IΦ)是指不考虑基本事件自身的发生概率,或者说假定各基本事件的发生概率相等,仅从结构上分析各个基本事件对顶上事件发生所产生的影响程度。根据各基本事件在最小割集中出现的次数以及各最小割集中包含的基本事件的数目可得到:2.3基于最小割集的顶事件概率如果根据各个煤矿的实际情况,给出各个基本事件发生的概率,即可根据最小割集运用布尔代数计算出顶上事件发生的概率。由于事故树割集较多化简计算较复杂,可求出其最小径集,用最小径集来计算顶上事件发生的概率。2.3.1事故树的对偶树事故树的最小径集极为其对偶树的最小割集,先画出事故树的对偶树,如图2。求出对偶树的最小割集即是事故树的最小径集可得到事故树的5个最小径集分别为:2.3.2顶事件发生概率假设基本事件X1,X2,X3,…,X19的概率分别为q1,q2,q3,…,q19,则顶上事件发生概率为:根据等幂定律化简得顶上事件发生概率为:3瓦斯爆炸的预防(1)从上面的推导可知,通过瓦斯爆炸事故树可得最小割集为60组,根据事故树分析原理,表明工作面瓦斯爆炸有60种可能途径,充分说明了该事件发生的可能性和危险性很大。只要任一最小割集中的全部基本事件同时发生,就会发生瓦斯爆炸。G51~G60中所含基本事件最少(3个,其余均为5个),同时发生的机率较大,应采取措施重点预防。(2)由结构重要度定性分析结果可以知道,基本事件X1(充足的氧气)的结构重要度最大,其次是X5(瓦检员漏检)、X6(瓦斯报警器损坏)。但是,在井下控制氧气的供给是不可能的,因