事故树分析法在瓦斯爆炸事故分析中的应用.doc

事故树分析法在瓦斯爆炸事故分析中的应用 马晓东1 ,卢 旭 2 11义马煤业集团常村煤矿,河南义马472300;21洛阳市煤炭工业局,河南洛阳471000 [摘 要] 以掘进工作面瓦斯爆炸事故为例,介绍事故树与成功树的建立。通过最小割集与最 小径集的求取,分析了掘进工作面瓦斯爆炸事故发生原因,提出了预防瓦斯爆炸事故发生的措施。 [关键词] 掘进工作面;瓦斯爆炸;事故树分析法;最小割集;最小径集;预防措施[中图分类号]X928 [文献标识码]B [文章编号]10062622520060520070203 Appli ca ti on of D is a ster Tree Ana lysisM ethod i n Ga s Explosi on D is a ster [收稿日期]2006-06-01 [作者简介]马晓东1963-,男,河南新安县人,工程师,现任常村矿副矿长,主要从事煤炭生产技术管理工作。 1 概述 煤矿主要在地下作业,地质条件复杂多变,经 常受到瓦斯、水、火、煤尘、顶板等灾害的威胁,因此是事故多发的高危行业之一。然而,任何一起事故的发生都可分成5个要素伤害损失,意外事件事故,加害物体质,直接原因,间接原因。预防事故发生的关键就是在中途切断这5个要素之间的联系。采用事故树分析法对各类事件进行分析研究,可评价出各系统的可靠性与安全性,以确保事故隐患研究的正确性,同时提出预防措施。 2 事故树分析法实质 事故树分析法Fault Tree Analysis,简称 FT A 是安全系统工程中的重要分析方法之一,遵循逻辑学演绎分析的原则,从结果到原因描绘事故发生,并表示各种因素间逻辑关系的逻辑图,从而对事故进行预测和分析。它是从一个可能的最终事件开始,一层一层地逐步寻找引起的触发事件,直接原因事件和间接原因事件,直到基本原因事件,并确定各事件相互之间的逻辑关系,从而认识系统中存在的危险性,发现系统中存在的不安全隐患,以便采取措施,控制事故的发生。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。3 事故树分析方法311 事故树的建立 以掘进工作面瓦斯爆炸事故为例说明事故树的 建立。事故树顶端事件是“掘进工作面瓦斯爆炸” T ,瓦斯爆炸的直接原因是“爆炸性瓦斯”A 1与“引爆火源”A 2的存在,只有两者相 遇时即满足条件a 才能引起瓦斯爆炸。爆炸性 瓦斯是“瓦斯积聚”B 1达到爆炸浓度时即满足条件a 1才有爆炸性,而瓦斯积聚的原因有 “局部通风机断电停风”X 1,“串联通风”X 2,“供风能力不足”X 3,“局部通风机打循环风” X 4。掘进工作面火源只有达到爆炸能量时即满足条件a 2才会成为“引爆火源”A 2。引起掘进工作面火源的原因有“放炮火源”X 5,“电火花”X 6,“明火”X 7。掘进工作面瓦斯爆炸事故树见图1 。 图1 掘进工作面瓦斯爆炸事故树 为了运用布尔代数运算对事故树进行定性和定 7第11卷第5期总第72期 2006年10月煤 矿 开 采CoalM ining Technol ogy Vo1111No 15Series No 172 Oct ober 2006 量评定,需对事故树进行简化,略去各失效事件的定义用事件代号代替。条件与门旁的条件和与门下的事件是逻辑积的关系,因此可把“条件”看成是一个基本事件直接放在该与门之下。条件或门旁的“条件”,或门下的事件也是逻辑积的关系,因此它的等效变换是在该条件或门上再加一个与门,“条件”视作该与门下的一个基本事件。限制门旁的“条件”和限制门下的事件也是逻辑积的关系,因此它等效于条件与门。简化后的事故树图2 。 图2 简化后的事故树 312 成功树的建立 根据德・摩根定律A B ′A ′・B ′和A ・B ′A ′B ′。把事故树的顶端事件和底部事件分别取逆事件,即变各类事件发生为不发生,同时把事故树中的与门变为或门、或门变为与门,这样就把事故树变为成功树。与简化后的事故树对应的成功树如图3。313 最小割集的求取 最小割集是导致顶端事件发生的最起码的基本事件的集合。最小割集表示发生事故的途径,反映系统的危险性。图2所示事故树的结构代数式为 T A 1・A 2・a B 1・a 1・A 2・a X 1X 2X 3X 4・a 1・X 5X 6X 7・a 2・a a ・a 1・a 2・X 1・X 5a ・a 1・a 2・X 1・X 6a ・a 1・a 2・X 1・X 7a ・a 1・a 2・X 2・X 5a ・a 1・a 2・X 2・X 6a ・a 1・a 2・X 2・X 7a ・a 1・a 2・X 3・X 5a ・a 1・a 2・X 3・X 6a ・a 1・a 2 ・ 图3 与简化后的事故树对应的成功树 X 3・X 7a ・a 1・a 2・X 4・X 5a ・a 1・a 2・X 4・X 6a ・a 1・a 2・X 4・X 7 根据结构代数式T 的展开式可得到12个最小 割集,即引起掘进工作面瓦斯爆炸的“可能途径”有12种。 K 1{a,a 1,a 2,X 1,X 5},K 2{a,a 1,a 2,X 1,X 6},K 3{a,a 1,a 2,X 1,X 7}, K 4{a,a 1,a 2,X 2,X 5},K 5{a,a 1,a 2,X 2,X 6},K 6{a,a 1,a 2,X 2,X 7}, K 7{a,a 1,a 2,X 3,X 5},K 8{a,a 1, a 2,X 3,X 6},K 9{a,a 1,a 2,X 3,X 7}, K 10{a,a 1,a 2,X 4,X 5},K 11{a,a 1,a 2,X 4,X 6},K 12{a,a 1,a 2,X 4,X 7}。314 最小径集的求取 最小径集是顶端事件不发生最低限度的基本事 件的集合。最小径集表示防止事故的途径,反映系统的安全性。图3所示成功树的结构代数式为 T ′A 1′A 2′a ′B 1′a 1′a 2′X 5′・X 6′・X 7′a ′X 1′・X 2′・X 3′・X 4′a 1′a 2′X 5′・X 6′・X 7′a ′ 根据结构代数式T ′的展开式可得到5个成功树的最小割集,也就是原事故树的最小径集,表示不使掘进工作面瓦斯爆炸事故发生的“可能途径”有5种 P 1{X 1′,X 2′,X 3′,X 4′},P 2{a 1′},P 3{a 2′},P 4{X 5′,X 6′,X 7′},P 5{a ′}。315 事故发生的原因分析 根据最小割集的求取,每个最小割集都是顶端事件发生的一种途径,任何最小割集中的基本事件全部发生都会导致顶端事件的发生即引起瓦斯爆 1 7马晓东等事故树分析法在瓦斯爆炸事故分析中的应用2006年第5期 炸。如T 展开式中a ・a 1・a 2・X 1・X 5项,当X 1 局部通风机断电停风发生,则发生瓦斯积聚;满足条件a 1即瓦斯浓度达到爆炸浓度,则瓦斯具有爆炸性;当X 5放炮火源满足条件a 2即达到爆炸能量成为引爆火源;引爆火源与爆炸性瓦斯相遇满足条件a 时则必然导致T 发生瓦斯爆炸。316 预防事故发生的措施 根据最小径集的求取,只要事故树的最小径集 中有一个最小径集不发生,顶端事件就不会发生。根据T ′展开式说明预防掘进工作面瓦斯爆炸的途径有以下5个 1使X 1′・X 2′・X 3′・X 4′不发生,事故T 就不会发生。应采取加大风量、科学管理通风,消除串联风、循环风等,避免瓦斯积聚。 2使X 5′・X 6′・X 7′不发生,就不会出现火源,瓦斯爆炸事故就不会发生。应采取加强放炮安全管理和机电设备的安全管理等措施,消除火源的存在。 3使 a ′不发生,应采取加强防爆电气设备的安全管理,防止电气设备失爆,严禁携带点火物品进入井下等。 4使a 1′不发生,应采取加强瓦斯管理和通风管理,使瓦斯浓度不超过允许浓度。 5使a 2′不发生,应采取与使X 5′・X 6′・X 7′不发生的相同措施。4 结束语 1每一个最小割集就是系统的一个失效模 式,最小割集越多,说明导致顶端事件发生的可能 途径就越多,系统的危险性就越大。最小割集中包括的基本事件个数越少,发生事故的可能性越大,因此对这些基本事件要重点控制和改善。 2控制最小径集中的基本事件都不发生,就可使顶端事件不发生。通过求出的最小径集就可知道控制哪几个基本事件使顶端事件不发生。最小径集中包括的基本事件越少越容易控制,反之则难以控制。 [参考文献] [1]王永建,李化敏,王智良,等1矿井系统可靠性工程基础 [M ]1徐州中国矿业大学出版社,19951 [2]王明新,展良荣1煤矿安全技术培训统编教材-掘进区队 长[M ]1北京煤炭工业出版社,19951 [责任编辑文学宽] 上接40页 图5 锚注法修复后巷道状况 业,因此锚注法比其他支护方式施工速度快,能缩 短施工工期,其经济效益是明显的;对修复巷道也一样,采用锚杆支护比砌碹或金属支架要快,注浆仍可以平行作业,或者采取超前预注浆。 2费用低 新掘软岩巷道采用常规支护,巷道常需要翻修,如采用锚注支护一次支护成功,前者与后者相比,需多花70以上的费用。锚注法与金属支架修复巷道比,采用金属支架支护所需直接费用比锚注法多花30以上费用,从淮北不完全统计看,采用锚注法后,每年可增收节支超2000多万元。 3返修工程量少、工艺简单 锚注法可节 约大量的修护人员及巷道修复工程量;由于工艺简单,施工设备体积小,占用空间小,修复时基本不影响井下正常生产,能做到边生产边进行巷道修复工作。既节约时间,同时又确保施工安全可靠。 4通风管理简单 锚注法修复巷道施工时基本不受巷道限制,修复施工时巷道可正常使用,不改变巷道原来的通风系统,通风管理简单。 5节约钢材等资源 锚注法施工材料来源 广,可以使用矿井废旧钢丝绳等做挂绳,与金属支架等支护相比,可节约大量的钢材资源,减少材料消耗。 6工人劳动强度低 锚注支护可完全采用机械设备施工,与砌碹、金属支架等支护形式相比,采用锚注支护可使工人劳动强度大大降低。 [参考文献] [1]李明远,王连果,易恭猷1软岩巷道锚注理论与实践[M ]1 北京煤炭工业出版社,20011 [责任编辑崔德仁] 2 7总第72期煤 矿 开 采2006年第5期