煤矿采空区顶板灾害事故树分析研究(1).pdf

244 研究与探索 Research and Exploration 理论研究与实践 中国设备工程 2020.05（上） 地下矿山开采属于高风险行业，安全事故时有发生。 今年来，政府相关部门加大安全生产的管理力度，采取 了诸多安全管理和处罚措施，极大改变了煤矿等地下矿 山的安全生产状况，主要表现为煤矿安全事故和伤亡人 数有一定程度的下降。但是，总体而言，煤矿安全事故 仍处于多发状态，仍是制约相关企业发展的重要因素。 由于煤矿采空区顶板需要承受较大的应力，因此成为煤 矿事故的高发区，加强采空区顶板灾害分析与评价，对 提高煤矿的安全生产水平具有十分重要的意义和作用。 1 事故树分析法简介 事故树分析法最早由华特荪在美国民兵洲际弹道导 弹发射控制系统安全分析时提出，是安全系统工程领域 的重要分析方法。该方法的基本思想是将涉及研究对象 的事故条件及相应的灾害后果进行分析，并依照先后顺 序和因果关系绘制出事故树图，以直观形象地表示各个 事故因素之间的先后顺序与逻辑关系，然后通过相应的 计算和分析对事故的概率和结构重要度进行判断，并据 此提出相应的安全措施。其主要步骤如下 （1）确定顶上事件。顶上事件也就是指事故或故障， 属于事故树分析法的研究分析对象。顶上事件的分析调 查要以事故调查的事实情况作为基础，通过对多元化事 故调查内容进行有效筛选，最终得出某分析对象以及某 事故的发生规律。 （2）全面知悉系统。顶上事件的发生必须要有生产系 统作为基础条件，需要针对生产系统中的设备、人员、管 理条款、环境基础等因素进行透彻的分析以及深入的探究。 （3）事故原因调查。从上述四大方面的因素入手， 探求其中的缺陷以获得构成事故的原因。在这些原因中 不仅要重视因果关系，还应该重视关联关系。 （4）明确控制对象。根据全面分析所得出的事故发 生概率以及事故可能会导致的影响，进一步确定在控制 事故过程中所影响的概率目标。 （5）构建事故树。在上述分析的基础上，以演绎 推理为基础，对事故的原因进行逐级推求和分析，并将 各种事件的逻辑关系明确表达出来，最终获取完善的故 事树。 （6）定性分析。根据此前所得出的故事树，以调查 结果为基础，得出降低事故概率的最小径集，构成事故 的最小割集，最终得到和主要的对象相关的重要性排列。 （7）定量分析。以基本事件的概率值为基础，推求 顶上事件的概率，并了解基本事件的概率和临界重要度。 （8）充实安全对策。根据事故树的分析内容、数据 结果，分析降低事故发生概率的最优方案，达到提高安 全水准的现实目的。 2 煤矿采空区顶板灾害事故树分析 2.1 事故树的建立 对我国 1990 年 -2015 年间发生的 228 起较为典型的 煤矿采空区意外事故情况进行全面分析，从类型上来看， 发生的主要顶板事故可分为冒落、塌陷两种类型。由此， 可将顶板事故进行进一步区分，构成事故树（可见图 1）。 图 1 煤矿顶板事故树 2.2 事故树定性分析 煤矿采空区顶板事故树的结构函数为 因此，煤矿顶板事故树的最小割集有 15 个，分别为 计算事故树的各个基本事件的结构重要度系数，公 式如下 煤矿采空区顶板灾害事故树分析研究 马文婷 （兰州资源环境职业技术学院 , 甘肃 兰州 730030） 摘要采空区顶板事故是煤矿等地下矿山生产中常见的安全事故类型，对人员和设备安全存在显著影响。文章以煤矿采空 区顶板事故为例，利用事故树分析法对煤矿采空区顶板事故的影响因素进行分析和界定，并根据研究结果提出了相应的安全管 理建议，结论对指导煤矿顶板事故的预防工作具有重要的理论价值和实践意义。 关键词采空区；顶板事故；事故树分析法 中图分类号TD791 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）05（上）-00244-02 245 中国设备工程 2020.05（上） 中国 设备 工程Engineering hina CPlant 1 根据计算结果，获得如下的结构重要度系数以及排 列顺序 由事故树及上述分析结果可知，在煤矿采空区，能 够导致顶上事件发生的基本事件的个数有 17 个，均为安 全工作管理的重点防范对象。从定性分析结果来看，共 有 15 个最小割集，说明导致顶板事故的可能最小路径共 有 15 条，为事故分析提供了必要依据。从结构重要度的 定量计算结果可知，所有 17 个基本事件中，结构重要度 最大的是未按设计开采；其次为未封堵、封堵质量差和 未填充；最小结重要度对应的因素为， 采空区积水未排除、 地下水赋存量过多、地下水进入采空区。 3 基于事故树分析结果的安全管理建议 上文对煤矿顶板事故进行了事故树分析，结果显示 需以最高标准来降低意外事故的发生概率，同时采取多 元化的预防措施，提高安全管理水平。同时，应该着重 做好如下几方面的工作 3.1 选择合理的开采方法 既往煤矿顶板事故的预防经验表示，煤矿生产技术 落实不合理，规章制度未遵守是导致顶板安全事故的重 要原因。因此，在煤矿开采设计中，应该采用具有安全 性好、工艺简单、回采强度高，具有良好的经济效果的 开采方法。例如，根据近年来煤矿开采实践，伴随煤矿 巷道深度不断增加，巷道所承受的地应力也在不断提高， 传统的分步回采方法出现了诸多问题，当前应积极落实 机械化措施来丰富煤矿生产方式，从而在保证填充质量 的同时，控制好顶板的高度，对减少顶板事故，保证安 全生产具有重要作用。 3.2 强化顶板管理，重视支护和维修 在煤矿开采过程中，经常会遇到松软岩层，如果处 理不当，极易诱发顶板事故。因此，在面对岩层强度不 理想开采面时，必须要在巷道中架设永久性支架，同时 永久性支架的架设要及时，避免造成上部岩层在卸荷之 后产生大变形。一般来说，综掘面和永久支架的距离必 须要控制在 3m 以内，若是顶板的稳定性不符合要求，综 掘面和永久性支架之间的距离还需要进一步缩短，同时 还要根据实际情况增加支架。此外，要定期检查所有井 巷的支护情况，如有问题应该及时进行维修或更换。 3.3 做好顶板的鉴定与分级管理 为了做好顶板的管理，使管理工作更有针对性和有 效性，需要对所有掘进面的顶板进行鉴定，并根据鉴定 结果进行分级。顶板分级的依据主要是顶板部位岩体的 稳固程度、是否存在断层、裂隙等地质构造、开采面的 跨度、地下水赋存情况以及是否有透水性等。具体的分 级标准如下（1）一级顶板。其标准为满足下列条件之 一顶板的岩石属于软岩类型，且存在比较发达的节理， 表现为明显的压碎状态；顶板岩层存在较大的断层，或 者在穿越断层时形成三角形岩体；采场较大已经超过关 于跨度的规定，或者在进行最后一个分层开采时出现了 顶板透水问题。（2）二级顶板。顶板岩层的持力性交叉， 且内部节理若相对发育，断层的数量比较少，部分位置 存在中型亦或者小型的三角岩体，或者顶板的局部存在 渗水或透水现象。（3）顶板岩体具有良好的稳定性和整 体性，顶板岩层节理发育不明显，不存在突出的断层， 采用少量的支柱顶板便可保持良好稳定性。 3.4 及时处理采空区 煤矿安全生产的理论和实践均表明，对采空区进行 及时、科学的处理对防止采空区顶板事故的发生具有十 分重要的意义和价值，同时也是最合理与最有效的手段。 目前，处理煤矿采空区的主要方法有三种，分别是对采 空区进行充填、封闭以及崩落。其中，对采空区进行彻 底充填是最为彻底的处理方式，但是需要针对采空区特 征建立相应的充填系统，需要较高的成本投入。针对采 空区进行崩落处理无疑是较为简单的处理方式，同时成 本投入也较低，其不利之处是往往会造成地表的破坏， 因此地表存在建筑、 农田、 河流的情况下并不适合该方法； 相对而言，封闭采空区是三种处理方式中最为简单和成 本最低的处理方式，但是仅适用于相对比较孤立，远离 作业面的小型采空区。因此，在煤矿生产过程中，必须 要对各个采空区进行深入的调查、研究和分析，处理好 采煤工作面与采空区处理之间的关系，制定出适合采空 区处理的最佳技术方案。 3.5 加强顶板浮石的检查与处理 目前，水平分层充填采矿法仍旧是我国煤矿生产过程 中采用的主要方法之一。在该作业方法下，生产人员基本 要在采空区下进行生产作业，因此浮石掉落就成为影响人 员和设备安全的重要因素，同时也是高发性因素。因此， 在生产过程中务必要对浮石进行全方位的检查以及处理， 尤其是在爆破处理完成后，安全人员需要根据实际情况进 行复查，在确保安全之后，再音带其他人员进场。同时， 各煤矿应该加大设备和技术的投入力度，例如引进现代化 的顶板服务台车，提高顶板的安全检查和问题处理的效率 和质量，保证作业过程中的人员和设备安全。 4 结语 事故树分析法是进行生产事故分析的重要工具和有 效工具，该方法的使用可以寻求造成事故发生的诱因及 其相关关系，由此可以掌握事故发生的内在机理和表现 形式，为获取预防事故发生的最佳方法提供强有力的支 持。本文以煤矿顶板事故为例，探讨了和分析了事故树 分析法在煤矿安全生产中的应用价值和方法。研究结果 对指导煤矿顶板事故的预防工作具有重要的理论价值和 实践意义。当然，煤矿安全生产工作是一项复杂的系统 性工作，不仅需要研究方法和安全管理技术方面的支撑， 更需要各级管理部门的重视，通过有效的部门和人员合 作，将煤矿安全生产事故水平降到最低。 参考文献 [1] 郑德志 , 任世华 . 我国煤矿安全生产发展历程及演进趋势 [J]. 能 源与环保 ,2019,41111-6. [2] 杜 玉 军 . 煤 矿 顶 板 事 故 分 析 及 预 防 对 策 [J]. 能 源 与 节 能 ,201910172-174. [3]蒋成荣,秦宏楠.基于事故树分析法的矿山透水风险评价分析[J]. 现代矿业 ,2015,3101129-132179. [4] 王亭钧 , 谢贤平 , 赖天亮 , 唐玉林 . 金属矿山矿井通风监控系统 事故树分析 [J]. 黄金 ,2014,351142-45. [5] 邱仕奎 , 张斌 . 金属非金属矿山冒顶片帮事故的事故树分析 [J]. 中国矿业 ,2012,2105115-117121.