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基于安全系統(tǒng)事故樹分析的煤炭自燃預(yù)防

文檔作者：韓亞平1 馮團(tuán)英2 文檔來源： 1. 江西省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所 2. 江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 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(yù)防
韓亞平1 馮團(tuán)英2
（1. 江西省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所江西南昌330029 2. 江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院江西南昌330039）
摘要：在系統(tǒng)安全分析中，應(yīng)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(yīng)用危險性
預(yù)先分析技術(shù)，對煤炭自然發(fā)火中可能的事故原因進(jìn)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(yīng)的安全樹；進(jìn)
而提出安全預(yù)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(guān)鍵詞：事故樹；煤炭自燃；安全隱患；預(yù)防；應(yīng)用
前言
從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來看, 礦井是一個復(fù)雜的大系統(tǒng), 它由
采、掘、機(jī)、運(yùn)、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(diǎn)運(yùn)
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(shè)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(dá)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(zāi)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(yàn)，但有些建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)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(zāi)害問題；
因此，要系統(tǒng)的、全面的查明自燃災(zāi)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(jìn)與應(yīng)用現(xiàn)代管理
的新方法，將傳統(tǒng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(yù)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(dá)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(xiàng)目
工作面上部采空區(qū)
工作面回風(fēng)道
工作面下部采空區(qū)
采煤巷
聯(lián)絡(luò)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(jìn)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(luò)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(yīng)力集中，也使得通風(fēng)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(guān)系，建立事故樹進(jìn)行分析；通過對事故樹的最小割集與
最小徑集以及結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)雜時，分析容易出錯，因此需要進(jìn)行簡化?，F(xiàn)用布
爾代數(shù)對圖1進(jìn)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+
安全管理
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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(gòu)重要度
基本事件結(jié)構(gòu)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(gòu)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?yàn)槊總€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(yù)測、預(yù)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?yàn)槊總€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(shí)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(jìn)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(qiáng)對煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報工作，提高瓦檢人員的技術(shù)素
質(zhì)，加強(qiáng)管理，發(fā)現(xiàn)自燃的早期預(yù)兆應(yīng)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(jìn)落后的采煤方法，加快工作面的推進(jìn)速度，減少遺煤
量，并同時進(jìn)行預(yù)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(gòu)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(fēng)系統(tǒng)，盡量縮短風(fēng)流路線，
維護(hù)巷道的完好率，以降低井巷風(fēng)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?？?
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(jì)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(gòu)重要度大小的排列順序，就可有目的、有重點(diǎn)、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(rèn)識。
結(jié)語
該礦對系統(tǒng)進(jìn)行評價后，根據(jù)分析的結(jié)果，落實(shí)了整改措施：
進(jìn)行厚煤層放頂煤開采，配套預(yù)注阻化劑防火，并加強(qiáng)了對火災(zāi)
預(yù)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以
查出問題的全部所在，解決極為復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)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(zāi)害事故的發(fā)生率。
參考文獻(xiàn)：
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［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(yīng)用[J]
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［4］韓亞平，陳光榮．噴灑阻化劑在峨四礦的應(yīng)用[J]．地方
煤礦，1990（3）.
［5］韓亞平．應(yīng)用阻化劑預(yù)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(xué)博士研究生，單
位：江西省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所；研究方向：礦山安全理論與技
術(shù)、爆破力學(xué)與工程、現(xiàn)代企業(yè)理論與職業(yè)經(jīng)理人研究。
2.馮團(tuán)英，女，江西九江，08 級南京財經(jīng)大學(xué)碩士研究生，單
位：江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；研究方向：企業(yè)管理。
管理創(chuàng)新
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