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基于安全系統(tǒng)事故樹分析的煤炭自燃預防

文檔作者：韓亞平1 馮團英2 文檔來源： 1. 江西省煤炭工業(yè)科學研究所 2. 江西工業(yè)職業(yè)技術學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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2014 年5 月
基于安全系統(tǒng)事故樹分析的煤炭自燃預防
韓亞平1 馮團英2
（1. 江西省煤炭工業(yè)科學研究所江西南昌330029 2. 江西工業(yè)職業(yè)技術學院江西南昌330039）
摘要：在系統(tǒng)安全分析中，應用最廣泛的是事故樹分析法。
本文研究了煤礦生產(chǎn)中所存在的煤炭自然發(fā)火安全事故問題，根
據(jù)事故致因理論，通過對自然發(fā)火事故的統(tǒng)計分析，應用危險性
預先分析技術，對煤炭自然發(fā)火中可能的事故原因進行了辨識；
其次，建立了煤炭自然發(fā)火事故樹以及與其相對應的安全樹；進
而提出安全預防對策措施，消除煤炭自然發(fā)火安全隱患，確保煤
礦安全生產(chǎn)。
關鍵詞：事故樹；煤炭自燃；安全隱患；預防；應用
前言
從系統(tǒng)工程的觀點來看, 礦井是一個復雜的大系統(tǒng), 它由
采、掘、機、運、通等子系統(tǒng)組合而成；每個子系統(tǒng)都分別影響著大
系統(tǒng), 且子系統(tǒng)之間又互相聯(lián)系與影響。只有將系統(tǒng)的觀點運
用于礦山生產(chǎn)的安全管理上, 才能全面地觀察、分析和解決問
題。
安全系統(tǒng)分析是采用系統(tǒng)工程的原理和方法，識別、分析、評
價系統(tǒng)中的危險性，并根據(jù)其結(jié)果調(diào)整工藝、設備、操作、管理、生
產(chǎn)周期和投資等因素，使系統(tǒng)可能發(fā)生的事故得到控制，并使系
統(tǒng)達到最佳安全狀態(tài)。
一、礦井自燃安全狀況
礦井煤炭自燃發(fā)火是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一，是煤礦安全
生產(chǎn)的隱患。對于自燃發(fā)火的原因，傳統(tǒng)的分析方法已為我們提
供了許多有益的經(jīng)驗，但有些建立在經(jīng)驗基礎上的傳統(tǒng)方法，難
以用來解決現(xiàn)代生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的帶有綜合性原因的災害問題；
因此，要系統(tǒng)的、全面的查明自燃災害的發(fā)生原因和可能發(fā)生的
途徑，以及對煤礦安全生產(chǎn)的影響，就必須引進與應用現(xiàn)代管理
的新方法，將傳統(tǒng)的實踐經(jīng)驗分析與事故樹分析法相結(jié)合，找出
產(chǎn)生煤炭自燃發(fā)火的原因及可能途徑，提出預防事故發(fā)生的合理
對策。
某礦一直采用傾斜分層、煤皮假頂回收老巷煤的采煤方法，
回采率低于60%。該礦煤層平均厚度12米，頂?shù)装寰鶎佘泿r，礦
壓較大。煤的最短發(fā)火期為18天，自然發(fā)火期為一個月。自投
產(chǎn)以來總發(fā)火次數(shù)654次，最高年份達110次/ 年、發(fā)火率為2. 05
次/ 萬噸。
最高年份煤炭自然發(fā)火情況表
項目
工作面上部采空區(qū)
工作面回風道
工作面下部采空區(qū)
采煤巷
聯(lián)絡巷
上、下分層漏底處
工作面中部采空區(qū)
其它
發(fā)火次數(shù)
30
23
6
18
12
13
5
3
百分率（%）
27. 3
20. 9
5. 5
16. 4
10. 9
11. 8
4. 5
2. 7
合計110 100. 0
該礦的采煤方法較為落后，工作面推進速度慢、采空區(qū)留煤
量多且封閉不及時，是造成煤炭自然發(fā)火的一個原因。
由于回采工作面太短、煤柱、聯(lián)絡巷、探煤巷過多，增加了煤
層的破壞程度并產(chǎn)生了過多的應力集中，也使得通風產(chǎn)生較大壓
差并增加了壓能的消耗，使得自燃的次數(shù)不斷增加。
利用傳統(tǒng)的分析方法，雖可找出引起自燃的基本事件，但無
法知道是所有基本事件同時發(fā)生，還是某些事件組合就能引起自
燃，而哪些事件最重要更無法確定。因此，必須按照基本事件間
的邏輯關系，建立事故樹進行分析；通過對事故樹的最小割集與
最小徑集以及結(jié)構重要度的分析計算，才可找出由哪些基本事件
組合可使頂上事件（事故）發(fā)生及影響程度，為有效地控制或減少
事故提供定性與定量的依據(jù)。
二、安全系統(tǒng)事故樹分析
1.建立事故樹模型
事故樹分析法把不希望發(fā)生的事件作為頂上事件（Top
Event），用規(guī)定的邏輯符合表示，然后找出導致上一層事件發(fā)生
的所有直接因素，并逐次深入直至找到根本源及基本事件（事故
樹的底事件）為止。圖1為煤炭自然發(fā)火事故樹分析圖。
圖1 煤炭自然發(fā)火事故樹
2.最小割集與最小徑集
最小割集與最小徑集都是事故樹的分析方法。最小割集是
導致頂上事件發(fā)生的必要基本事件組合，表示同時發(fā)生哪些事件
和差錯時，才會產(chǎn)生事故，即表示整個系統(tǒng)的危險性。最小徑集
是使頂上事件不發(fā)生的必要基本事件的組合，可說明不同時發(fā)生
哪些事件和差錯時，就不會引起事故的發(fā)生，即表示系統(tǒng)的安全
性。事故樹復雜時，分析容易出錯，因此需要進行簡化?，F(xiàn)用布
爾代數(shù)對圖1進行簡化：
（1）最小割集
T=A1A2X1X2=(A3+A4+A5)(A6A7)X1X2
=(X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12) 〔(X13+
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2014 年5 月
X14+X15+X16)(X17X18+X19)〕X1X2
=(X3 + X4 + X5 + X6 + X7 + X8 + X9 + X10 + X11 + X12)
(X13X19 + X14X19 + X15X19 + X16X19 + X13X17X18 +
X14X17X18+X15X17X18+X16X17X18)X1X2
分解上式，可得最小割集80個：
K1=(X1, X2, X3, X13, X19)、K2=(X1, X2, X4, X13,
X19)、……K30=(X1, X2, X12, X15, X19)、
……K60=(X1, X2, X3, X14, X17, X18)、……K80=(X1, X2,
X12, X16, X17, X18)
（2）最小徑集
對事故樹偶的安全樹用布爾代數(shù)簡化出來的結(jié)果就是最小
徑集。利用最小徑集與最小割集的對偶性，把事故樹的與門改為
或門，或門改為與門，則各類事件的發(fā)生就改為不發(fā)生，由此得到
了與事故樹相對偶的安全樹，見圖2。
圖2 煤炭自然發(fā)火安全樹
安全樹的最小割集即為事故樹的最小徑集：
T′ = A1′ + A2′ + X1′ + X2′ = (A3′ A4′ A5′ ) +
(A6′ + A7′ )+ X1′ + X2′
=(X3′ X4′ X5′ X6′ X7′ X8′ X9′ X10′ X11′
X12′ )+ (X13′ X14′ X15′ X16′ +
A8′ X19′ )+ X1′ + X2′ = X1′ + X2′ + X3′ X4′
X5′ X6′ X7′ X8′ X9′ X10′
X11′ X12′ + X13′ X14′ X15′ X16′ + X17′ X19′ +
X18′ X19′
得到6組最小徑集：
S1=X1、S2=X2、S3=X17X19、S4=X18X19、S5=
X13X14X15X16、S6=X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12。
3.結(jié)構重要度
基本事件結(jié)構重要度是表示各基本事件的發(fā)生，對影響頂上
事件（事故）發(fā)生的重要度。對重要程度高的事件在整改時加以
優(yōu)先考慮，能更快地提高整個系統(tǒng)的可靠性。
由基本事件在最小徑集中出現(xiàn)的次數(shù)以及組合情況，可求解
出基本事件的結(jié)構重要度的排列順序如下：
I1=I2＞I19＞I17=I18＞I13=I14=I15=I16＞I3=I4=I5=I6=
I7=I8=I9=I10=I11=I12
三、評價與對策
最小割集能表示系統(tǒng)的危險性。因為每個最小割集都為頂
上事件發(fā)生的一種可能，求出了各組最小割集，就明確了頂上事
件的所有可能途徑，這就為事故預測、預防、調(diào)查提供了依據(jù)。事
故樹的最小割集組數(shù)越多，系統(tǒng)的危險性就越大?；臼录俚?
最小割集比基本事件多的最小割集危險性要大。最小徑集可表
示系統(tǒng)的安全性。因為每個最小徑集都為頂上事件不發(fā)生的可
能，所有，對每個最小徑集內(nèi)基本事件的控制，都是防止事故的方
案，從而實現(xiàn)系統(tǒng)安全。
最小割集說明該礦自然發(fā)火的可能途徑有80組，對于每一
種可能的途徑，只要使其中任一基本事件不發(fā)生，就可避免由該
集造成的自然發(fā)火。
1. 加快工作面推進速度就可消除X4這一基本事件，隨之而
來就可消除8種帶有X4這一基本事件的割集所引起的自然發(fā)火
路徑。
2. 加強對煤炭自燃的預測預報工作，提高瓦檢人員的技術素
質(zhì)，加強管理，發(fā)現(xiàn)自燃的早期預兆應及時處理；同時必須提高工
作面的回采率，減少遺煤量；以控制X1或X2使其不能發(fā)生，就可
避免80種引起自燃的可能途徑。
3. 改進落后的采煤方法，加快工作面的推進速度，減少遺煤
量，并同時進行預注漿等防火措施；以避免因回采率底、采空區(qū)空
頂時間長等造成的另外56種引起自燃的途徑。
4. X19是結(jié)構重要度中較有影響的因素，可引起40種自燃途
徑，因此必須采取有效措施：改善通風系統(tǒng)，盡量縮短風流路線，
維護巷道的完好率，以降低井巷風阻。
如果事故樹中與門多，定性分析可從求最小割集入手。如果
或門多，則宜從求最小徑集入手，找出控制事故的最好方案。控
制或消除基本事件少的最小徑集集中的基本事件，其安全經(jīng)濟效
益最高。最小徑集只有6組，分析它要簡單的多，同時結(jié)合基本
結(jié)構重要度大小的排列順序，就可有目的、有重點、有順序地提出
整改措施，使大家對自然發(fā)火的原因有更清楚的認識。
結(jié)語
該礦對系統(tǒng)進行評價后，根據(jù)分析的結(jié)果，落實了整改措施：
進行厚煤層放頂煤開采，配套預注阻化劑防火，并加強了對火災
預兆的處理，使得自然發(fā)火率下降近90%，年自燃次數(shù)不超過10
次，取得了較滿意的效果。
顯而易見，將安全系統(tǒng)事故樹分析與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，可以
查出問題的全部所在，解決極為復雜的現(xiàn)實問題，提高礦井安全
管理水平，最大限度的保障安全生產(chǎn)，減少災害事故的發(fā)生率。
參考文獻：
［1］國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)
出版社，2010.
［2］林柏泉，張景林．安全系統(tǒng)工程[M].北京：中國勞動社會
保障出版社．2007
［3］賀愛民，韓亞平．安全系統(tǒng)工程在煤礦安全中的應用[J]
．江西煤炭科技，2000（3）.
［4］韓亞平，陳光榮．噴灑阻化劑在峨四礦的應用[J]．地方
煤礦，1990（3）.
［5］韓亞平．應用阻化劑預防工作面自然發(fā)火[J]．煤礦安
全，1989（1）.
作者簡介：
1.韓亞平，男，江西南昌，06 級中國政法大學博士研究生，單
位：江西省煤炭工業(yè)科學研究所；研究方向：礦山安全理論與技
術、爆破力學與工程、現(xiàn)代企業(yè)理論與職業(yè)經(jīng)理人研究。
2.馮團英，女，江西九江，08 級南京財經(jīng)大學碩士研究生，單
位：江西工業(yè)職業(yè)技術學院；研究方向：企業(yè)管理。
管理創(chuàng)新
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