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煤礦粉塵爆炸事故樹分析

文檔作者：鄭雷王雪芹文檔來源：烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月12日
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2015年6月
第44卷第3期
中國礦山工程
China Mine Engineering ·69 ·
煤礦粉塵爆炸事故樹分析
Fault tree analysis of coal dust explosion
鄭 雷，王雪芹(烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古烏海016000)
摘 要：運用事故樹分析方法對煤礦粉塵爆炸事故進(jìn)行了分析，并繪制了煤礦粉塵爆炸事故樹分析圖，在此基礎(chǔ)上計算出最
小割集、最小徑集，并對其結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行了分析，以便掌握煤礦粉塵爆炸事故的原因、規(guī)律，并提出了具體的防治措施，以確
保煤礦的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：煤礦；粉塵爆炸；事故樹分析法
Abstract：The coal—dust explosion was analyzed by using fault tree analysis method and the analysis chart of coal—dust explosion was
drawn．On the basis of these works，the minimal cut set and minimal path set were calculated and the structure impo~ance was analyzed
to understand the reason and law of coal—dust explosion．The protection measures were proposed to ensure the safety production．
Key words：coal mine；coal—dust explosion；fault tree analysis
文章編號：
1672—609X(2015)03—0069—04
中圖分類號：TD714 ．5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
g目es≈置t舞!■|E目E目!詈￡! 自鼉 篁
收稿日期：2014-07-08
作者簡介：鄭 雷(1980一)，男，
遼寧撫順人，講師，采礦工程碩
士，主要從事采礦工程教學(xué)與研
究工作。
1 前言
事故樹分析法(Accident Tree Analysis，簡稱ATA)是
安全系統(tǒng)工程分析方法中最重要的分析方法之一，它是
從要分析的特定事故開始(頂上事件)，一層一層的分析
此事故的發(fā)生原因，最終找到引發(fā)此事故的基本原因，即
事故樹的底事件為止，這些底事件叫做基本事件。事故
樹分析法能辨識和評價各種系統(tǒng)的危險性，不僅能夠?qū)?
事故的直接原因進(jìn)行分析，而且也能夠分析出導(dǎo)致事故
發(fā)生的潛在原因 。事故樹分析法能夠?qū)κ鹿始安话?
全因素進(jìn)行提前預(yù)測，估計事故可能造成的后果，尋求最
合理的預(yù)防手段和治理方法。事故發(fā)生后應(yīng)用事故樹分
析法分析事故原因，十分簡單明了 。因此，事故樹分
析法廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，對安全管理的現(xiàn)代化和企
業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展起到推動作用。
2 事故樹分析方法
2．1 準(zhǔn)備階段
(1)確定要分析的系統(tǒng)。要宏觀地了解所要分析的
系統(tǒng)，在分析過程中，要處理好此系統(tǒng)和與此系統(tǒng)相關(guān)的
其他條件之間的因果關(guān)系，確定分析范圍，明確對此系統(tǒng)
有安全影響的因素。
(2)熟悉系統(tǒng)。要對所確定的系統(tǒng)進(jìn)行深入了解，
并對與此系統(tǒng)相關(guān)的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。
(3)對此系統(tǒng)發(fā)生事故的各種因素進(jìn)行深入調(diào)查。
仔細(xì)調(diào)查影響此系統(tǒng)的因素，包括主觀因素和客觀因素。
2．2 事故樹的編制
(1)確定事故樹的頂上事件，即所要分析的事件。
· 70· 中國礦山工程 2015年(第44卷)
件，也可以是能夠?qū)ιa(chǎn)造成嚴(yán)重后果的事故。
(2)明確與頂上事件相關(guān)的事件。從主觀和客
觀等因素進(jìn)行分析，找出所有與之相關(guān)的事故原因，
將事故原因?qū)斏鲜录挠绊懶赃M(jìn)行分析。
(3)編制事故樹。將事故樹的頂上事件和與其
相關(guān)的事故原因事件，用“與”和“或”等相關(guān)邏輯符
號，按邏輯關(guān)系繪制事故樹。
(4)對事故樹進(jìn)行定性分析，求出事故樹的最
小割集和最小徑集，并確定基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，
根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度確定安全保障措施，以預(yù)防此事故
的發(fā)生 。
3 煤礦粉塵爆炸原因分析
煤礦粉塵簡稱煤塵，是伴隨采煤生產(chǎn)過程產(chǎn)生
的礦巖微粒，煤塵在煤炭采掘中隨處可見，幾乎無所
不在。煤塵造成的猛烈爆炸經(jīng)常導(dǎo)致人員傷亡，設(shè)
備損壞，生產(chǎn)停頓。如果合并瓦斯爆炸，那后果更加
慘烈。程度嚴(yán)重的還會摧毀礦井，破壞采煤工作面，
堵塞通風(fēng)，導(dǎo)致大面積頂板垮塌，對煤炭安全生產(chǎn)和
礦工生命安全威脅極大。很多礦井都存在煤塵爆炸
的危險和隱患。粉塵積聚與火源相遇是煤礦粉塵爆
炸產(chǎn)生的必然原因。煤塵懸浮在空氣中，因顆粒小，
與氧氣接觸面積增大，氧化能力顯著增強。當(dāng)有火
源存在，環(huán)境中又存在一定濃度的煤塵時，二者相遇
就會燃燒產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w?？扇?xì)怏w與空氣混
合，促使強烈氧化燃燒，在介質(zhì)中迅速傳播，使附近
煤塵揚起，繼續(xù)受熱燃燒，并釋放更多可燃?xì)猓_(dá)到一
定程度，便形成爆炸。據(jù)統(tǒng)計，全國煤礦，每15起死亡
百人以上的特大事故中，煤礦粉塵、瓦斯爆炸就有l(wèi)3
起，占事故總數(shù)的87％ 。在統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，年產(chǎn)3萬t以
下的中小煤礦，有煤礦粉塵爆炸危險的占93．6％ 。因
此，采用事故樹分析法對煤礦粉塵爆炸事故進(jìn)行分析，
找出引起煤礦粉塵爆炸的直接原因和潛在原因，對今
后煤礦安全監(jiān)測和治理工作具有舉足輕重的作用。
4 煤礦粉塵爆炸事故樹的建立
根據(jù)查閱的相關(guān)資料，找出引起煤礦粉塵爆炸
的相關(guān)因素，建立的煤礦粉塵爆炸事故樹如圖1。
圖1 煤礦粉塵爆炸事故樹
第3期 鄭 雷等：煤礦粉塵爆炸事故樹分析 ·7l·
5 最小割集和最小徑集以及結(jié)構(gòu)重要
度分析
5．1 最小割集
最小割集代表的是系統(tǒng)的危險性，每個最小割
集都是引發(fā)頂上事件的一種可能途徑，最小割集的
數(shù)量越多則說明系統(tǒng)越不安全 。求出最小割集
可以全面地掌握事故發(fā)生的各種可能，為事故的預(yù)
防以及發(fā)生事故的調(diào)查提供方便。
根據(jù)所建立的事故樹，通過布爾代數(shù)法求得煤
礦粉塵爆炸事故樹最小割集如式(1)：
= 22A曰= 22X6A1(曰1+B2)：
22X6AllAl2( 7+X8+曰21+ 22+B23+B24)=
22 6( 1+ 2+ 3)( 4+ 5)( + 8+?+ 21) (1)
式中：卜頂上事件；
A 、B —— 中間事件；
，
— — 基本事件。
由分配組合數(shù)學(xué)公式求得最小割集數(shù)為
3 X 2×15=90條。由于最小割集數(shù)目眾多，這里不
一一列出。
5．2 最小徑集
最小徑集代表的是系統(tǒng)的安全性，頂上事件不
發(fā)生的條件就是其中某一個最小徑集中的基本事件
都不發(fā)生，因此，事故樹中最小徑集數(shù)量越多，則系
統(tǒng)越安全。計算出最小徑集，可以明確掌握避免頂
上事件發(fā)生的幾種可行性方案，為控制事故的發(fā)生
提供有力依據(jù)。最小徑集的求法是將最小割集中的
“與”門用“或”門替換，“或”門用“與”門替換，基本
事件的發(fā)生用不發(fā)生替換。則得到與原事故樹相對
的成功樹。其計算過程如式(2)：
= 2+A +B = 2+A：+ ：+A +B：+B =
+A： +A： + + ； B 2日 3 =
：+X：X 'X；+ ： + + ； ；? 。 (2)
式中： —— 頂上事件的否定事件；
A 、B —— 中間事件的否定事件；
— — 基本事件的否定事件。
同理可以算出最小徑集數(shù)為5條。
5．3 結(jié)構(gòu)重要度分析
所謂結(jié)構(gòu)重要度分析，是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析
各基本事件的重要程度。即在假定各基本事件發(fā)生
概率都相等的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對頂
上事件的發(fā)生所產(chǎn)生的影響 ?；臼录Y(jié)構(gòu)重
要度越大，影響頂上事件的程度越大。根據(jù)當(dāng)最小
割集中基本事件的數(shù)目相等時，基本事件出現(xiàn)的次
數(shù)多的比基本事件出現(xiàn)次數(shù)少的事件結(jié)構(gòu)重要度大
的原則分析可知：
， (22)=， (6)>， (4)= (5)>， (1)=
(2)一 (3)>J『 (7)=， (8)=， (9)=
， (10)=， (11)=， (12)= ， (13)=
， (14)= ， (15)=， (16)=， (17)=
， (18)=， (19)=， (20)=， (21)
6 結(jié)果分析
由事故樹結(jié)構(gòu)看出，導(dǎo)致煤礦粉塵爆炸事故的
基本原因有20條，這些因素的互相組合就能夠?qū)е?
事故的發(fā)生。所以煤礦粉塵爆炸事故的危險性必須
引起足夠的重視。
從計算出的最小割集和最小徑集的數(shù)量來看煤
礦粉塵爆炸事故，最小割集是90組，最小徑集是5
組。因此發(fā)生煤礦粉塵爆炸事故的可能渠道有90
條，預(yù)防渠道有5條。
從結(jié)構(gòu)重要度來分析煤礦粉塵爆炸事故可知，
人為因素除塵不良和粉塵的大量產(chǎn)生是引起煤塵爆
炸的主要原因。另外，各種火源也是引起煤礦粉塵
爆炸事故必不可少的因素。所以對此要多加重視。
7 防治措施
由以上分析可知，煤塵的積聚和火源兩者相遇
是引發(fā)煤礦粉塵爆炸的重要原因。因此要想預(yù)防事
故發(fā)生，就得想辦法減少煤塵，去除火源，隔絕爆炸。
(1)減塵與降塵。減塵降塵應(yīng)該是預(yù)防措施的
核心部分，也是唯一能從根本上消除隱患的辦法，在
井下采掘中，定時定點采集煤塵，測量其濃度和成
分，隨時掌握煤塵的生成量，開展動態(tài)監(jiān)測。煤層注
水是減塵降塵的一個非常好的方法。開采前，預(yù)先
在煤層打孑L，通過鉆孔注入壓力水，使煤體充分濕
潤，就可以使開采過程中的煤塵大大減少。濕式鉆
孔也是減塵降塵的一種方法，在采煤時，利用空心麻
花鉆桿、濕式鉆頭和濕式煤電鉆帶水鉆孔來降塵。
對大型機采煤礦，在采煤過程中，邊掘進(jìn)邊灑水，同
時對液壓支架與封煤口噴霧灑水，能使空氣中煤塵
含量大大減少。
運輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)載點粉塵產(chǎn)生量大，也是煤塵爆
炸的高危地點，對運輸轉(zhuǎn)點噴霧，可以增大煤塵含水
量，減弱其飛揚能力。而沉積在巷道的煤塵，一旦被
意外吹起，就能形成煤塵云，增大爆炸危險 。因
此，定期沖洗運輸?shù)篮突仫L(fēng)道，能有效防止落塵再次
· 72· 中國礦山工程 2015年(第44卷)
揚。
還有一種減塵降塵的辦法就是風(fēng)流凈化，就是
在一小段巷道中，設(shè)置若干噴霧頭，噴霧形成的水霧
能將巷道封閉，使空氣中大部分粉塵在經(jīng)過時被捕
捉和過濾掉。這些措施都可以有效降低粉塵密度，
使煤塵爆炸風(fēng)險大為減少。
(2)防止煤塵引燃?；鹪词敲簤m爆炸的罪魁禍
首，稍有不慎，就會招來慘禍。煤塵爆炸有三高一
多，即產(chǎn)生高溫、高速、高壓，和大量一氧化碳。火源
問題大多是人為因素造成，消滅明火必須從安全教
育做起。真正把安全意識化為職工自身的安全需
求，再加上規(guī)范的操作技能培訓(xùn)和監(jiān)督機制，才是安
全生產(chǎn)的重要保證。在日常工作中，要嚴(yán)格執(zhí)行下
井檢查制度，不允許攜帶煙草和點火物下井。為防
止靜電產(chǎn)生火花，還要嚴(yán)禁穿化纖衣服下井。
煤礦井下條件復(fù)雜，礦井不斷延伸，供電壓力逐
漸增大，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，容易造成電壓質(zhì)量下降。設(shè)
備啟動不暢，電器設(shè)備、電纜出現(xiàn)漏電、短路現(xiàn)象，比
較容易產(chǎn)生電火花。因此，供電網(wǎng)絡(luò)必須符合煤礦
安全規(guī)程的規(guī)定，電纜線接頭不能破損，使用暗接
頭，這種方式不容易漏電，不容易產(chǎn)生電火花。經(jīng)常
檢查機電設(shè)備的阻燃外殼是否完整，地線是否正常。
井下通風(fēng)可以沖淡和排除有害氣體及浮游礦塵，風(fēng)
量掌握很重要，風(fēng)量太小容易使煤塵積聚，過大又會
造成落塵飛揚。
井下使用的風(fēng)筒、電纜和橡膠塑料制品，都要經(jīng)
過抗靜電和阻燃處理，普通塑料、橡膠、人造革不能
用于井下。
在有瓦斯或煤塵爆炸危險的礦井中，必須使用
煤礦安全炸藥，不合格或變質(zhì)的炸藥不準(zhǔn)使用。爆
破時，其裝藥量、雷管、炮泥及放炮地點附近的瓦斯
濃度等必須遵守煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。嚴(yán)格執(zhí)行一
炮三檢制度，加大放炮安全監(jiān)管。這些措施能有效
阻斷井下火源，從根本上防止煤塵的引燃和爆炸。
(3)隔絕煤塵爆炸。在巷道中間部位靠近頂板
的地方，設(shè)置水袋棚，按縱深方向排列。水袋內(nèi)裝滿
清水，一旦煤塵爆炸，壓力波在巷道傳導(dǎo)、擊碎水袋，
水壓力波形成水霧，撲滅隨后到來的火焰，阻斷后面
的煤塵，隔絕爆炸。水槽棚也是隔絕煤塵爆炸的方
法之一，其原理與水袋棚類似，也是依靠水霧撲滅火
焰，隔絕爆炸。這兩種措施，由于隔爆效果好，成本
低廉，因此被各大礦山廣泛使用。
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(上接第65頁)
耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。使一810水平變電所泵房
的工程質(zhì)量大大提高，達(dá)到了集團(tuán)公司質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化
示范工程的標(biāo)準(zhǔn)。
(1)支護(hù)與施工工藝優(yōu)化后，解決了巷道支護(hù)
的難題。
(2)通過在一810水平變電所泵房的試驗證明，
布置于多層煤層中間的大型重要硐室，在原有錨網(wǎng)
噴索支護(hù)不能滿足需要時，采取巷道底板錨網(wǎng)索耦
合支護(hù)，可以滿足支護(hù)需要。
(3)巷道支護(hù)強度大大提高，減少了安全隱患。
(4)巷道工程質(zhì)量有保證，完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
化標(biāo)準(zhǔn)的要求。
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