事故树和层次分析法在煤矿透水事故分析与评价中的应用.pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 地测与水害防治 事故树和层次分析法在煤矿透水事故分析与评价中的应用 李满如 大同煤矿集团有限责任公司燕子山矿，山西大同037003 摘 要对常见的几类导致煤矿透水事故的因素进行分析，对人、物、环境和管理4个方面 展开进行分析，建立煤矿透水事故树分析模型，并通过最小割集计算出导致透水事故产生的 隐患组合。根据事故树模型，建立基于层次分析法的评价模型。事故树与层次分析法相结合 为煤矿透水事故原因分析和综合评价提供理论指导。 关键词事故树模型；层次分析法；水害防治 中图分类号TD74 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 05-0060-03 Application of incident tree and hierarchical analysis in the analysis and uation of mine permeability accidents Li Manru Yarusish an Mine, Dat ong Coal Mining Group Corporat ion Lt d., Dat ong 037003, Ch ina Abstract The co mmo n types o f f acto rs that led to co al mine permeability accidents w ere analyzed, f o ur aspects o f peo ple, o bjects, enviro nment and manag ement w ere studied, a mine permeability accident tree analysis mo del w as established, and the hidden co mbinatio ns that led to permeability accidents w ere calculated thro ug h the minimum cut set. An uatio n mo del w ith the hierarchical analysis metho d w as established based o n the accident tree mo del. The co mbinatio n o f accident tree and hierarchical analysis metho d pro vided theo retical g uidance f o r the analysis and co mprehensive uatio n o f the causes o f mine permeabiliiy accidents. Key w o rds accident tree mo del; hierarchical analysis metho d; w ater hazard co ntro l 1概 况 煤矿水害事故在井下事故中占有很大的比重, 经常伴随人员的伤亡，严重影响正常生产秩序。有 些煤矿赋存条件较为复杂，大都受到老空水、地表 水和岩层充水矿床等不同因素影响，各类水害危害 程度和影响范围都比较严重和复杂。为了避免事故 的发生，建立健全井下水害防治体系，科学预测、 预防矿井水害，是十分必要。本文在研究透水事故 产生关键因素的基础上，通过事故树分析理论对矿 井水害问题进行分析，并根据分析结果进行针对性 的评价，为井下防治水工作提供一定的参考。 2常见透水事故致因分析 2.1矿井地质、水文资料缺失 矿井生产过程中地质资料缺失，水文地质资料 不全，水文地质勘探可靠性差等问题，影响矿井的 安全生产。山西很多矿井存在转让、整合等情况, 矿井转让过程中，地质、水文地质以及生产相关图 纸、资料可能会缺失，而且整合矿井构造一般较为 复杂。为了快速生产，部分矿井最初建设阶段周期 短、投资少，水文探测工作和资料有效性存疑。 2.2矿井生产存在安全意识淡薄 事故致因理论认为人是导致事故产生的最主要 责任编辑张彤 D0I ki.cci.2020.05.016 作者简介李满如1978-,男，山西朔州人，工程师。 引用格式李满如.事故树和层次分析法在煤矿透水事故分析与评价中的应用[J].煤炭与化工，2020, 43 5 60-62, 66. 60 李满如事故树和层次分析法在煤矿透水事故分析与评价中的应用2020年第5期 因素，而矿井的实际生产过程中，存在着一定的安 全意识淡薄现象，部分矿井存在非法开采、越界开 采、安全投入不足、排水设施不达标的情况。 2.3煤矿水害防治工作的管理缺失 按照煤矿安全规程规范中要求，井下作 业活动都应在良好的安全管理和组织下进行，矿井 水害防治工作应做到”预测预报、有疑必探、先探 后采、先治后采”。但在实际工作中，部分矿井违 反上述原则，安全意识淡薄，过分注重生产，忽视 安全，同时缺少专业防治水的专业技术人员，有些 矿井的防治水人员为新从业人员或兼职防治水专业 人员,业务水平差，分析和处置能力有限，对事故 处置和评价水平低。 3煤矿透水事故事故树分析模型 事故树分析是_种有效便捷的安全性分析法, 一方面能对已发生的事故进行致因分析；另一方面 可以査找事故隐患，进行安全预防工作。通过对危 险源进行辨识，将影响事故最终发生的各类隐患、 中间事件通过逻辑关系相互关联起来，査找事故 原因。 3.1影响煤矿透水事故发生因素分析 引发事故产生的因素概括为人、机、环境和管 理4类因素。根据能量交汇理论，这4类因素同 时出现状况才会导致事故的发生。 （1） 人的因素。人是社会活动的主体，而一 切问题的来源都会受到人的行为和意识影响，即人 的安全意识和不安全行为会对事故产生影响。 （2） 物的因素。物指的是矿井中用于井下排 水的设备与设施，矿井设计不合理、探测设备问 题、排水设备不足或不达标、排水设施设计不合理 等都会影响矿井抵御水害的能力。 （3） 环境因素。井下环境是矿井水害的来源, 是客观存在的现象，随开采不断的深入，环境因素 引发事故发生的概率和危害程度会不断增加。 （4） 管理因素。矿井的一切与生产相关的活 动都是在组织管理下展开的。 3.2煤矿透水事故树分析模型 将煤矿水害事故作为事故树分析的顶上事件, 导致事故产生的4类因素作为中间层，导致煤矿水 害的各类直接诱因作为底事件，形成1个3层的层 次分析模型，如图1、表1所示。 表1煤矿透水事故树模型说明 Table 1 Tree mo del o f co al mine f lo o ding accident 中间层底事件中间层底事件 人的生理心理因素 X1 排水系统不合理 X5 人前闵素R, 安全意识淡薄 X2 物的因素禺 水文地质探测缺乏 X6 法律意识淡薄 X3 排水设备不足 叼 存在三违行为 4 排水设备存在问题 透水水源 x9 人员培训 Xi2 环境因素艮地质构造 X10 管理因素戲 管理制度 X13 围岩性质 X11 监督制度 X14 应急预案缺乏 X15 3.3最小割集分析 事件发生的最小因素的集合。通过布尔代数法对该 事故树分析过程中，能够满足顶上事件发生的 事故树模型的最小割集进行求解。 充分必要条件称为最小割集，也就是能够引发顶上 该事故树的最小割集数量为192个，即事故树 T （切2却4））* （羽 叼■■盹）（初初卄呦） （xi2 xi3 75） 61 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 存在192种组合能够导致矿井透水事故的发生。相 反为了避免透水事故的发生，对事故树的逻辑关系 进行转换，形成成功树，即若要顶上事件转换为透 水事故不发生，至少需要防止人、物、环境和管理 4个准则层的任一状况发生。 4层次分析法评价模型 层次分析法是一种既可定量又可定性分析的、 能够解决复杂因素系统评价的一种方法。与事故树 模型相结合，可以在事故树分析法查找事故原因的 基础上进行综合评价。 4.1评价模型与判断矩阵的建立 根据前面进行的事故树分析，建立层次分析法 评价模型，模型有4个中间层和15个底事件组成, 如图2所示。 |煤矿透水事故安全性评价| 图2煤矿透水事故评价模型 Fig . 2 uatio n mo del o f co al mine f lo o ding accident 根据层次分析法原理建立判断矩阵，通过对各 因素进行两两对比，按重要程度进行赋值，赋值越 高说明前者相对后者越重要。 12 3 4 r s 2 2 3 E 1 ■_ J 12 -l21 2 I.G 1 3L-2J- 2J 1/2ira i 1 *4 1“ 1 1 ■ 4.2数学分析 以同煤集团为例，邀请生产一线的技术人员共 10人根据评分标准对各个指标进行打分，见表2。 通过MATLAB软件进行特征向量的计算并进行一 致性检验。特征向量即各因素在该层中的权重，该 层权重与上层权重的乘积即为总权重。 4.3评价方法 要对煤矿透水事故安全性进行评价，需要建立 对应的评价方法。确定评价等级为优秀、良好、_ 般、合格、不合格，对应分数为5分、4分、3分、 2分、0分。进行评价结果计算，方法如下 15 FQ P q,,pk 1,2,315 （ 1 ） t 1 式中F为评价结果；0为权重矩阵；P为各指标 的打分矩阵；g *为权重值；从为分数值。 评价结果分为5个等级，4FW5为优秀， 3FW43FW4为良好,2FW3为一般，1FW2为合 格，0FWl为不合格。 根据式（1）计算，最终的评价结果为4F4F 4.1985,评价结果为优秀。 表2煤矿透水事故层次分析法计算结果统计 Table 2 Statistics o f calculatio n results o f analytic hierarchy pro cess f o r co al mine f lo o ding accident 中间层指标单一权重总权重打分结果 物的因素 （0.4491） 排水系统不合理 0.409 40.183 94.4 水文地质探测缺乏 0.289 50.130 04.2 排水设备不足 0.204 70.091 94.6 排水设备存在问题 0.096 50.043 34.0 环境因素 透水水源 0.493 40.157 04.6 e2 地质构造 0.310 80.098 93.8 0.3181围岩性质 0.195 80.062 33.7 人员培训 0.482 70.075 04.0 管理因素 管理制度 0.247 20.038 44.3 E3 监督制度 0.176 10.027 34.2 0.1553 应急预案缺乏 0.093 90.014 64.1 人的因素 人的生理心理因素 0.516 70.040 03.6 安全意识淡薄 0.260 00.020 2 3.5 E4 0.0775 法律意识淡薄 0.142 00.011 0 3.3 存在三违行为 0.081 30.006 3 4.4 （下转第66页） 62 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 松软（7.22 10.08）、较软（10.08 22.84）、中硬板为炭质泥岩，平均单轴抗压强度Rc分别 （22.84 41.79）、坚硬（＞41.79）,结合河临矿10.32 MPa, 因此可确定工作面底板强度属较软 J7401综放面地质条件，7（4）号煤层工作面底 级别。 表1煤岩力学性质 Table 1 Mechanical pro perties o f co al and ro ck 煤岩种类弹性模量/GPa抗压强度/MPa抗拉强度/MPa最大剪应力/MPa最大正应力/MPa 中粒砂岩 2.50 3.3344.19 55.893.93 z 4.722.62 2.971.51 〜1.72 2.8749.004.362.801.62 泥岩 1.188.153.053.231.87 7（4）号煤层 1.19-1.5914.48 19.180.31 1.090.42-1.510.24 0.87 1.4516.730.771.080.62 炭质泥岩 0.66 1.736.24 13.460.32-1.100.75 1.470.43 0.85 1.2910.320.811.050.61 炭质岩 1.16-3.3810.03 41.492.35 〜3.262.94 z 4.331.7 2.5 1.9721.552.693.642.1 4结论 河临煤矿7（4）号煤层J7401综放工作面煤 层厚度变化为0.34 - 19.7 m,平均厚度11.47 m, 对应地面标高255一310 m,工作面水平标高 -140195m,埋深-450 m左右。工作面走向长 度为1 520 m，倾向长240 m,回采面积约为 357 200 rr。工作面上覆岩层构造比较简单，顶板 以砂岩为主。 河临煤矿7（4）号煤层J7401综放工作面顶 板泥岩抗压强度约为抗拉强度在 3.93 4.72 MPa,平均4.36 MPa,最大剪应力在 2.62 - 2.97 MPa,平均2.8 MPa;即属于中等稳定顶 板。工作面底板主要为炭质泥岩，平均抗压强度为 10.32 MPa,平均抗拉强度0.81 MPa,工作面底板 强度属较软级别。 参考文献 [1] 钱鸣高，张顶立.综放工作面围岩结构分析[J].岩石力学与 工程学报，1997, 6（4） 320 - 326. 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