基于事故树分析法的控制爆破危害影响研究.pdf
第35卷 第2期 2018年6月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 2 Jun. 2018 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2018. 02. 026 基于事故树分析法的控制爆破危害影响研究* 董海佩, 程贵海, 牛 虎, 陈庆发 ( 广西大学资源与冶金学院, 南宁530004) 摘 要 广西河百高速在施工过程中部分开挖路段需进行爆破开挖, 周边有居民房, 为确保施工安全, 需控 制爆破冲击波、 爆破振动和爆破飞石等对人员和构筑物的不利影响。采用安全系统工程中事故树分析方法 对危险因素展开了系统分析, 分别建立了爆破冲击波、 爆破振动和爆破飞石事故树, 综合分析得到事故树最 小割集、 事故树最小径集和事故树结构重要度, 指出各个因素主次。结果表明 综合爆破冲击波、 爆破振动和 爆破飞石的事故树分析, 在爆破施工过程中要加大施工现场监管、 施工设计、 减振措施和爆破警戒范围内飞 石控制措施等的管理力度。 关键词 控制爆破;事故树分析;最小割集;结构重要度;安全管理 中图分类号 TD608 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2018)02 -0151 -04 Research on Hazard of Controlled Blasting based on Fault Tree Analysis DONG Hai-pei,CHENG Gui-hai,NIU Hu,CHEN Qing-fa (School of Resources and Metallurgy,Guangxi University,Nanning 530004,China) Abstract The blasting excavation are necessary in the evacuated road during the construction of Guangxi Hebai highway,the adverse effects on structures and persons,such as the blast shock wave,blasting vibration and blasting flying rocks,should be taken into account and be controlled to ensure the construction security. This paper carried out a systematic analysis on the risk factors by using fault tree analysis method in safety systematic engineering,and es- tablished fault tree of blasting shock wave,fault tree of blasting vibration and fault tree of blasting flying rock,and fi- nally got the results of minimum cut set,minimum path set and structural importance of fault tree through comprehen- sive analysis,then pointed out precedence of all factors. According to the fault tree analysis of blasting shock wave, blasting vibration and blasting flying rocks,the management of construction supervision,construction design,vibration reducing measure and blasting warning range of flying rocks control need to be strengthened in the construction process of blasting. Key words controlled blasting;fault tree analysis;minimum cut set;structural importance;safety management 收稿日期2018 -01 -11 作者简介董海佩(1993 -) , 女, 硕士研究生, 从事安全科学与工程 的研究, (E-mail)13517718736@163. com。 通讯作者程贵海(1963 -) , 男, 副教授、 硕士, 从事工程爆破与安全 研究, (E-mail)709832524@ qq. com。 基金项目国家自然科学基金项目(41402306) ; 广西安全生产科技 项目(GXAJ2016001) 石方控制爆破对周边环境特别是民房的有害影 响因素包括爆破冲击波、 爆破振动、 爆破飞石三个方 面。在控制爆破施工过程中, 引起这三种危害的因 素繁多, 国内外学者们分别对这三个因素展开了大 量的研究, 如徐振洋等将爆破振动能量分布主频带 及能量分布比例应用于建筑物安全保护, 进而降低 低频振动对建筑物的损伤[ 1]; 王丹丹等利用事故树 爆破飞石产生原因展开了分析[ 2]; 此外, 前人们还 对爆破振动、冲击波的监测和控制做了大量研 究[ 3-7]。然而, 这些研究大多局限于单一因素对外界 的不利影响, 对于爆破冲击波、 爆破振动、 爆破飞石 万方数据 三大影响因素综合系统研究却鲜有报道。因此, 在 此背景下, 采用安全系统工程中的事故树分析分别 对危险因素进行了定性分析, 分别建立了爆破冲击 波、 爆破振动和爆破飞石事故树, 综合分析得到事故 树最小割集、 事故树最小径集和事故树结构重要度, 分析可能会引起事故的原因和规律, 为爆破施工、 设 计和爆破安全管理提供理论依据。 1 爆破危害引起事故的事故树分析 1. 1 事故树分析法 事故树分析法是安全系统工程中运用数理逻辑 的一种方法, 它是从一个可能发生的事故出发, 一层 一层逐步寻找引起事故的触发事件、 直接原因和间 接原因, 并分析这些原因之间的逻辑关系的演绎分 析方法[ 8]。因此, 它较为适合爆破危害事故分析。 事故树编制步骤主要包括确定顶上事件, 事故原因 分析, 绘制事故树, 事故树定性分析, 定性分析主要 包括最小割集、 最小径集和结构重要度分析。 1. 2 爆破冲击波引起事故为顶上事件 1. 2. 1 事故原因分析 引起爆破冲击波伤人事故的原因可从两大方面 入手, 一个是警戒区域内伤害。另一个是警戒区域 外伤害。其中, 警戒区域内伤害包括未撤出警戒区 域人员伤害和警戒区域内误入人员伤害; 警戒区域 外伤害包括爆破施工过程不符合规范和爆破施工设 计不合理等。 1. 2. 2 绘制事故树 爆破冲击波事故树图和代码含义如图1和表1 所示。 图1 爆破冲击波事故树 Fig. 1 Fault tree of blasting shock wave 1. 2. 3 事故树定性分析 利用布尔代数方法化简事故树, 求得爆破冲击 波事故树最小割集、 最小径集以及结构重要度分析 结果。 表1 爆破冲击波事故树代码及其含义 Table 1 Fault tree code of blasting shock wave and its meaning 代码代码含义代码代码含义 T爆破冲击波事故X5无视放炮信号 A1警戒区域内事故X6未设置安全警戒线 A2警戒区域外事故X7安全距离不足 A3未撤出警戒区域人员伤害X8人员在警戒区域内作业 A4警戒区域内误入人员伤害X9装药量不合理 A5爆破施工过程不符合规范X10填塞不到位 A6爆破施工设计不合理X11网路联接不合理 X1施工现场监管不力X12网孔参数设计不合理 X2施工设计审核有误X13装药量设计不合理 X3无放炮信号或者效果差X14起爆网路设计不当 X4未使用安全警戒线 1) 列逻辑方程 根据事故树结构可列逻辑方程, 如式1所示。 T = A1+ A2= A3+ A4+ A5+ A6= X3+ X4+ X5+ X6+ X7+ X8+X1(X9+ X10+ X11)+ X2(X12+ X13+ X14)= X3+ X4+ X5+X6+ X7+ X8+ X1X9+ X1X10+X1X11+ X2X12+ X2X13+ X2X14(1) 2) 求最小割集、 最小径集和结构重要度 引起顶上事件发生的基本事件的最小限度的集 合为最小割集。最小割集的求解方法有富赛尔法、 结构法、 质数代入法、 矩阵法和布尔代数法, 其中以 布尔代数法应用较为广泛[ 9]。逻辑方程进行布尔 代数运算后得到12个最小割集, 分别为E1={X3} ; E2={X4} ;E3={X5} ;E4={X6} ;E5={X7} ;E6= {X8} ;E7={X1,X9} ;E8={X1,X10} ;E9={X1,X11} ; E10={X2,X12} ;E11={X2,X13} ;E12={X2,X14} 。径 集又叫通集, 如果事故树中某些基本事件不发生, 则 顶上事件不发生, 这些事件的最低限度的集合叫最 小径集。利用上文所得逻辑方程, 得到4个最小径 集。事故树结构重要度分析是假定基本事件的发生 概率都相等的前提下, 研究每个基本事件的发生对 顶上事件发生的影响大小[ 10]。基本事件的结构重 要度越大, 它对顶上事件的影响程度就越大, 结构重 要度分析可利用最小割集近似求得[ 10]。求解公式 如式2所示。 IΦ(i)=∑ 1 2nj-1 (Xi∈ Ej)(2) 式中IΦ(i)为基本事件结构Xi重要度系数的 近似判别值;Ei为基本事件的最小割集;nj为最小割 集中基本事件的个数。 因此, 将12个最小割集中代入公式2, 得到其 结构重要度系数大小关系,I( 1)= I(2)= I(3)= I(4)= 251爆 破 2018年6月 万方数据 I( 5)= I(6)> I(7)= I(8)= I(9)= I(10)= I(11)= I(12)。 1. 2. 4 结论分析 根据对爆破冲击波事故树分析, 可求得12个最 小割集和4个最小径集以及每个割集的结构重要 度, 说明, 顶上事件事故发生有多种可能的原因, 事 故发生概率较大, 针对此种情况, 有效的控制措施就 是从最小径集入手, 研究包含较多基本事件的径集 并采取措施加以控制。又结构重要度计算分析可 知, 基本事件X1、X2、X3、X4、X5、X6发生概率较大, 在 预防事故措施上应重点加强施工现场监管和施工设 计等方面。 1. 3 爆破振动引起事故为顶上事件 1. 3. 1 事故原因分析 引起爆破振动事故的原因大致可分为四类, 包 括施工过程中监管不力、 施工设计不合理、 减振措施 不力和建筑物自身因素等。 1. 3. 2 绘制事故树 爆破振动事故树图和代码含义如图2和表2 所示。 图2 爆破振动事故树 Fig. 2 Fault tree of blasting vibration 表2 爆破振动事故树代码及其含义 Table 2 Fault tree code of blasting vibration and its meaning 代码代码含义代码代码含义 T爆破振动事故X5起爆网路设计不当 A1爆破施工设计不合理X6装药量不合理 A2爆破施工过程不符合规范X7填塞不到位 A3减振措施不当X8网路联接不合理 A4建筑物自身因素X9减震沟设计不当 X1施工设计审核有误X10减振空孔设计不当 X2施工现场监管不力X11覆盖措施不合理 X3网孔参数设计不合理X12建筑物抗震能力差 X4装药量设计不合理X13建筑物距离爆区较近 1. 3. 3 事故树定性分析 1) 列逻辑方程 根据事故树结构可列逻辑方程, 如式3所示。 T = A1+ A2+ A3+ A4= X1(X3+ X4+ X5)+ X2(X6 + X7+ X8)+ X9+ X10+ X11+ X12+ X13= X9+ X10+X11+ X12+ X13= X9+ X10+ X11+ X12+ X13+ X1X3+ X1X4+ X1X5+ X2X6+ X2X7+ X2X8(3) 2) 求最小割集、 最小径集和结构重要度 逻辑方程进行布尔代数运算后得到11个最小 割集, 分别为E1={X9} ;E2={X10} ;E3={X11} ; E4={X12} ;E5={X13} ;E6={X1,X3} ;E7={X1, X4} ;E8={X1,X5} ;E9={X2,X6} ;E10={X2,X7} ; E11={X2,X8} 。利用上文所得逻辑方程, 可得成功 树方程, 得到4个最小径集。将12个最小割集中代 入式(2)~式(3) , 得到其结构重要度系数大小关 系,I( 1)= I(2)= I(3)= I(4)= I(5)> I(7)= I(8)= I(9)= I( 10)= I(11)。 1. 3. 4 结论分析 根据对爆破振动事故树分析, 可求得11个最小 割集和4个最小径集以及每个割集的结构重要度, 说明, 爆破振动事故容易发生且控制难度较大。又 结构重要度计算分析可知, 基本事件X1、X2、X3、X4、 X5发生概率较大, 在预防事故措施上应重点加强减 振措施和建筑物自身设计等方面。 1. 4 爆破飞石引起事故为顶上事件 1. 4. 1 事故原因分析 引起爆破飞石事故的原因可分两种情况讨论, 一是正常起爆引发飞石事故, 二是异常起爆引发飞 石事故。正常起爆又可分为警戒区域内人员伤害和 警戒区域外人员伤害, 异常起爆又可分为外来杂电 引起早爆和装药和填充堵塞引起早爆等。 1. 4. 2 绘制事故树 爆破飞石事故树图和代码含义如图3和表3所示。 表3 爆破飞石事故树代码及其含义 Table 3 Fault tree code of blasting flying rocks and its meaning 代码代码含义代码代码含义 T爆破飞石事故X7安全距离不足 A1正常爆破X8人员在警戒区域内作业 A2异常爆破X9装药量不合理 A3警戒区域内人员伤害X10填塞不到位 A4警戒区域外人员伤害X11网路联接不合理 A5外来杂电引起早爆X12网孔参数设计不合理 A6装药和填充堵塞引起早爆X13装药量设计不合理 A7未撤出警戒区域人员伤害X14起爆网路设计不当 A8警戒区域内误入人员伤害X15达到起爆临界 A9爆破施工过程不符合规范X16达到起爆临界 A10爆破施工设计不合理X17爆区有杂电 X1施工现场监管不力X18爆区有雷电 X2施工设计审核有误X19爆区有高磁辐射 X3无放炮信号或者效果差X20装药时炸药受到撞击 X4未使用安全警戒线X21装药时雷管受到撞击 X5无视放炮信号X22边打眼边装药 X6未设置安全警戒线 351第35卷 第2期 董海佩, 程贵海, 牛 虎, 等 基于事故树分析法的控制爆破危害影响研究 万方数据 图3 爆破飞石事故树 Fig. 3 Fault tree of blasting flying rocks 1. 4. 3 事故树定性分析 1) 列逻辑方程 根据事故树结构可列逻辑方程, 如式4所示。 T = A1+ A2= A3+ A4+ A5+ A6= A7+ A8+ A9+ A10+ A15(A17+ X18+ X19)+ X16(X20+ X21+ X22)= X3+ X4+ X5+ X6+ X7+ X8+ X1(X9+ X10+ X11)+ X2(X12+ X13+ X14)+ X15(X17+ X18+ X19)+ X16 (X20+X21+ X22)= X3+ X4+ X5+ X6+ X7+ X8+ X1X9+ X1X10+ X1X11X2X12X2X13+ X2X14+ X15X17+ X15X18+ X15X19+ X16X21+ X16X22(4) 2) 求最小割集、 最小径集和结构重要度 逻辑方程进行布尔代数运算后得到18个最小 割集, 分别为E1={X3} ;E2={X4} ;E3={X5} ;E4= {X6} ;E5={X7} ;E6={X8} ;E7={X1,X9} ;E8= {X1,X10} ;E9={X1,X11} ;E10={X2,X12} ;E11= {X2,X13} ;E12={X2,X14} ;E13={X15,X17} ;E14= {X15,X18} ;E15={X15,X19} ;E16={X16,X20} ;E17= {X16,X21} ;E18={X16,X22} 。 利用上文所得逻辑方程, 可得成功树方程, 得到 16个最小径集。将18个最小割集中代入式(2)~ (3) , 得到其结构重要度系数大小关系,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)。 1. 4. 4 结论分析 根据对爆破飞石事故树分析, 可求得18个最小 割集和16个最小径集以及每个割集的结构重要度, 说明, 爆破飞石事故容易发生但控制措施较多。又 结构重要度计算分析可知, 基本事件X1、X2、X3、X4、 X5、X6发生概率较大, 在预防事故措施上应重点加 强爆破警戒范围内爆破飞石控制方面。 2 结论 (1) 采用事故树分析方法对爆破危险因素展开 了系统分析, 分别建立了爆破冲击波、 爆破振动和爆 破飞石事故树, 得到事故树最小割集、 事故树最小径 集和事故树结构重要度, 并指出各个因素主次。 (2) 爆破冲击波顶上事件易发生且控制难度较 大, 施工现场监管不力和施工设计不当发生概率较 大, 在预防事故措施上应重点加强施工现场监管和 施工设计等方面。爆破振动顶上事件易发生且控制 难度较大, 减振和建筑物自身因素出现问题较多, 在 预防事故措施上应重点加强减振措施和建筑物自身 设计等方面。爆破飞石事故易发生但控制措施较 多, 爆破警戒范围内爆破飞石危害事件发生概率较 大, 在预防事故措施上应重点加强爆破警戒范围内 爆破飞石控制方面。 参考文献(References) [1] 徐振洋, 杨 军, 陈占扬, 等.爆破地震波能量分布研 究[J].振动与冲击,2014,33(11) 38-42. 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