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大采高綜放面支架圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的模糊事故樹法研究

文檔作者：何富連趙志志何尚森李通達(dá) 殷帥峰文檔來源：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月17日
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第46卷第1O期
2014年第lO期
煤炭工程
COAL ENGINEERING
Vo1．46，No．10
No．10， 2014
doi： 10．1 1799／ce2014lO045
大采高綜放面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的
模糊事故樹法研究
何富連，趙志志，何尚森，李通達(dá)，殷帥峰
(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京100083)
摘要：基于同忻礦大采高綜放面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理，探究影響綜放面穩(wěn)定性的因
素，建立了大采高綜放面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)事故樹；運(yùn)用三角模糊函數(shù)和布爾代數(shù)法求出頂事
件發(fā)生的模糊概率，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性；對(duì)基本事件的模糊重要度進(jìn)行排序，從而確定導(dǎo)致綜放
面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的主要因素。
關(guān)鍵詞：大采高綜放面；支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)；事故樹；三角模糊數(shù)
中圖分類號(hào)：TD323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—0959(2014)10-0158-04
Fuzzy Fault Tree Analysis on Instability of Bracket —．Rock System
in Fully M echanized Caving Face with Large Cutting Height
HE Fu—lian， ZHAO Zhi—zhi， HE Shan g—sen， LI Tong—da，YIN Shuai—feng
(School of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)
Abstract：Based on the instability mechanism of bracket— rock system in fully mechanized caving face with large cutting
height in Tongxin coal mine，the influence factors was investigated for the stability of fully mechanized caving face，and
the instability fault tree was established．The fuzzy probability of top event was calculated with triangular fuzzy function and
Boolean algebra method，and the security of the system was evaluated．The importance degree of elementary event was
ranked to ascertain the dominant factor for the instability of bracket—rock system in fully mechanized caving face with large
cutting height．
Keywords：fully mechanized caving face；instability of bracket—rock system；fault tree；triangu lar fuzzy numbers
大采高綜放開采由于煤層較厚、生產(chǎn)條件特殊，相對(duì)
于普通綜放開采對(duì)支架等相關(guān)設(shè)備有了更高的要求，設(shè)備
的維護(hù)和管理難度加大，故障率也較普通綜放面設(shè)備要高；
加之操作不慎，組織失誤等人為因素，使得工作面支護(hù)往
往達(dá)不到理想效果甚至出現(xiàn)支護(hù)失效。另外，由于采高和
頂煤厚度大幅增加，大采高綜放面還存在覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律不
清，力源不明? 等復(fù)雜地質(zhì)問題，致使支架一圍巖系統(tǒng)失
穩(wěn)的幾率進(jìn)一步增大，因此保證大采高綜放面支架一圍巖
系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。
同忻礦8105綜放工作面主采煤層為石炭系3 ～5 煤，
采用單一走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤開采，工作面
傾斜長(zhǎng)200m，中部支架為ZF15000／27．5／42型支撐掩護(hù)式
低位放頂煤支架，采高為3．9m，放煤厚度11．59m。在該工
作面的開采過程中比較嚴(yán)重的片幫冒頂?shù)犬惓５V壓現(xiàn)象時(shí)
有發(fā)生，不僅如此，在該煤層開采的過程中也曾發(fā)生嚴(yán)重
的支架一圍巖事故。如在8107綜放工作面曾發(fā)生大范圍的
冒頂片幫和底鼓事故，事故初期，煤壁發(fā)生嚴(yán)重片幫，片
幫深度達(dá)1．5～2．5m，局部大于3．Om；后期，頂板大范圍
冒漏，大量矸石漏至工作面，最大冒高達(dá)17m以上，大量
冒落煤巖體侵入到支架中，導(dǎo)致工作面停產(chǎn)，嚴(yán)重威脅井
下人員的安全。
為了保障8105工作面的后續(xù)安全生產(chǎn)需要對(duì)支架一圍
收稿日期：2013—08—19
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51234005)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助(2010CB226802)；中央高?；?
科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2010YZ02)
作者簡(jiǎn)介：何富連(1966一)，男，浙江臨海人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事礦山壓力與巖層控制方面研究，
E—mail：1046171715@ qq．con。
引用格式：何富連，趙志志，何尚森，等．大采高綜放面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的模糊事故樹法研究[J]．煤炭工程，
2014，46(10)：158—161．
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2014年第10期 煤炭工程
巖系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。目前，大采高綜放開采雖然在理論
和實(shí)踐都有一些進(jìn)展，但是由于各個(gè)礦井的地質(zhì)生產(chǎn)條件
差異較大，支架一圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵影響因素也有較
大區(qū)別，并且現(xiàn)有研究也極少對(duì)支架一圍巖這一復(fù)雜的礦
山系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的分析，礦井安全事故的“蝴蝶效應(yīng)”
時(shí)有發(fā)生。因此，本文將模糊事故樹法引入到大采高綜放
工作面支架一圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究中。
事故樹分析法作為一種全面有效的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法，
其描述事故的因果關(guān)系具有直觀明了、思路清晰、邏輯性
強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地
揭示出導(dǎo)致事故的潛在原因，傳統(tǒng)的事故樹分析要求基本
事件有精確的概率，但在煤礦系統(tǒng)中，存在很多不確定因
素，這些不確定性的因素對(duì)系統(tǒng)基本事件的發(fā)生行為有影
響，基本事件的精確概率并不是一成不變的；另外有些基
本事件也沒有精確的統(tǒng)計(jì)概率，為了盡可能準(zhǔn)確描述事故
發(fā)生的可能性引入三角模糊數(shù)表征基本事件發(fā)生的概率。
1 三角模糊數(shù)
1)
2)
如圖1所示為兩個(gè)三角模糊數(shù)；三角模糊數(shù)的相關(guān)計(jì)
算原則可參考文獻(xiàn)[2]，不再贅述。
圖1 兩個(gè)三角模糊數(shù)
2 支架一圍巖事故樹的建立及分析
2．1 支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)事故樹建立
基于大采高綜放面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理結(jié)合8105
綜放工作面地質(zhì)生產(chǎn)條件以及礦井工作面以往事故統(tǒng)計(jì)，
主要從支架和圍巖的兩方面探討導(dǎo)致事故發(fā)生的原因，統(tǒng)
卜支架一圍巖失穩(wěn)；A1一支架失穩(wěn)；A2一圍巖失穩(wěn)；A3一勞動(dòng)作業(yè)管理不善；Bl一支架故障；B2一支護(hù)質(zhì)量差；
一圍巖開裂軟弱；B4一異常礦壓顯現(xiàn)；B5一移護(hù)不規(guī)范；B6一割煤質(zhì)量差；Cl一機(jī)械故障；C2一泄漏故障；
C3一支設(shè)質(zhì)量差；C4一支架穩(wěn)定性差；C5一煤巖體松軟破碎；C6一構(gòu)造發(fā)育；C7一圍巖異常破斷；C8一預(yù)測(cè)防護(hù)不力
JDl一支架構(gòu)件損壞；D2一液壓系統(tǒng)泄漏；D 一端面圍巖事故；D4一頂板異常來壓；D5一圍巖裂動(dòng)機(jī)理不明；
E】一管路故障；E2一立柱泄漏；E3一千斤頂泄漏；E4一操縱閥泄漏；E5一單向閥泄漏
圖2 大采高綜放工作面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)事故樹
2．2 事故樹的分析
2．2．1 定量分析
穩(wěn)事
． -
，
的概
難以
見表
X26、
1)利用布爾代數(shù)法，計(jì)算出頂上事件 的發(fā)生概率為
0．31—0．52，表明8105綜放工作面支架一圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性
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煤炭工程 2014年第10期
較差，系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)性較大，應(yīng)提高警惕并采取相應(yīng)措
施確保工作面支架一圍巖系統(tǒng)的安全。
2)三個(gè)A級(jí)事件的概率降序?yàn)橹Ъ苁Х€(wěn)(0．22—
0．25)、勞動(dòng)作業(yè)管理不善(0．12—0．22)、圍巖失穩(wěn)
(0．06～0．11)，表明支架失穩(wěn)是支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的主
因，要使系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性得到較大提高應(yīng)著眼于如何保
持支架的穩(wěn)定性。
3)支架泄漏故障概率為0．136—0．141，在支架整體故
障中所占的比例達(dá)到60．9％ ，表明支架的泄漏故障是造成
支架性能欠佳的主因，另外支架的液壓閥泄漏故障即操縱
閥、安全閥、單向閥三者泄漏故障之和占支架泄漏故障的
96．4％ ，因此加強(qiáng)液壓閥的檢修是保證支架液壓系統(tǒng)良好
工作的重中之重。
表1 大采高綜放工作面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)事故樹基本事件的三角模糊概率數(shù)
符號(hào) 基本事件 三角模糊概率數(shù) 符號(hào) 基本事件 三角模糊概率數(shù)
l 破損結(jié)構(gòu)件檢修不力 (0．014，0．054，0．016) 3 頂梁俯仰異常 (0．0019，0．039，0．0012)
2 立柱損壞 (0．00002，0．0001，0．00005) 頂煤破碎 (0．00097，0．003，0．00097)
千斤頂彎曲脫落 (0．00002，0．0002，0．00001) 底板松軟 (0．00255，0．00917，0．00255)
操縱閥手把頓挫失靈 (O．001，0．006，0．002) x26 裂隙發(fā)育 (O．00073，0．005，0．00073)
底座主筋斷裂 (0．00003，0．0001，0．00002) 7 夾層繁多 (0．00615，0．01233，0．00615)
液壓軟管破損 (0．001，0．005，0．003) 8 斷層 (0．00134，0．0015，0．00134)
瑪 管路堵塞 (0．006，0．02，0．008) 9 煌斑巖入侵 (0．01224，0．023，0．01224)
管路接頭損壞 (0．005，0．015，0．005) 0 嚴(yán)重片幫 (0．005，0．043，0．003)
乳化液泄漏發(fā)現(xiàn)不及時(shí) (0．05，0．65，0．05) l 冒頂 (0．002，0．009，0．OO4)
l0 立柱泄漏 (0．0004，0．003，0．0007) 32 周期來壓過大 (0．00883，0．022，0．00883)
J 立柱活塞腔串液 (0．0006，0．005，0．0009) 3 頂板大面積來壓 (0．00075，0．00157，0．00075)
l2 千斤頂漏液 (0．007，0．O1，0．003) 34 防護(hù)措施不及時(shí) (0．0015，0．005，0．o024)
13 千斤頂活塞腔串液 (0．003，0．03，0．005) 5 冒落片幫機(jī)理不明 (0．12246，0．25，0．12246)
l4 操縱閥漏泄 (0．OO4，0．O1，0．003) X36 覆巖破斷運(yùn)動(dòng)機(jī)理不明 (0．07071，0．36667，0．07071)
l5 操縱閥串液 (0．O1，0．05，0．02) 37 推進(jìn)速度過慢 (0．003，0．015，0．001)
l6 單向閥漏液 (0．003，0．008，0．002) 8 采高超限 (0．016，0．O44，0．006)
17 單向閥高低串液 (0．007，0．013，0．009) X39 支護(hù)不及時(shí) (0．0005，0．003，0．0003)
l8 安全閥漏液 (0．O04，0．055，0．005) 0 梁端距過大 (0．003，0．032，0．007)
l9 液壓管漏液 (0．002，0．005，0．001) 1 接頂距過大 (0．007，0．035，0．013)
初撐力不足 (0．005，0．02．0．007) 2 底板未割平 (0．0122，0．025，0．0122)
21 支架前梁不接頂 (0．006，0．04，0．004) 托3 煤壁未采直 (0．0245，0．014，0．0245)
2 支架傾倒歪斜 (0．0021，0．015，0．0038)
2．2．2 定性分析
1)事故樹的最小割集。采用布爾代數(shù)法求系統(tǒng)的最小
割集，應(yīng)用到支架一圍巖事故樹，其表達(dá)式如下：
T = Al+A2+A3
： l[ + + + +( + + )]+
[( l0+ l1)+( l2+ l3)+( l4+ 15)+
( 16+X17)+ l8+ l9]+[( 20+ 1)+
( 22+ 3)]+( + 5+ 6+ l27)+
( 。+ )+[ o+ ，+ + ]
[X3 +( 5+ 6)]+[ 7+恐8+(恐9+
40+ 。)+( 42+ )]
由上式可知，該故障樹最小割集數(shù)46，任意一個(gè)最小
割集的發(fā)生都能影響支架一圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
從8105綜放工作面支架一圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)事故樹的邏輯
門構(gòu)成分析，邏輯門共28個(gè)，其中邏輯“或” 門25個(gè)，
占89．3％ ；而“與” 門3個(gè)，僅占10．7％ ?！盎颉?門較多
表明大部分單個(gè)事件都有輸出，即每一個(gè)單個(gè)事件的發(fā)生
1 60
都會(huì)引起相應(yīng)的故障或事故，支架一圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性
較差。
2)基本事件的模糊重要度分析?；臼录哪：匾?
度S 反映了對(duì)頂上事件的影響程度，基本事件的模糊重要
度越大，表明其對(duì)系統(tǒng)的影響越大。本文采用模糊重要度
中值法 】，求出基本事件的模糊重要度，并對(duì)其排序，令
S 為基本事件置的模糊重要度，則基本事件的模糊重要度
排序：
S9< < <540>< J<
Sl3<$42><
S27<
S10

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