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用事故樹法確定煤礦防治水安全檢查表

文檔作者：高岳文檔來源：中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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第38卷第6期
2010年12月
煤田地質(zhì)與勘探
c0ALGB0ID GY&amp;amp; EXPLORATION
Vo1．38No．6
Dec．2010
文章編號：1001—1986(2010)06—0057—05
用事故樹法確定煤礦防治水安全檢查表
高 岳
(中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇徐州221008)
摘要：為對煤礦防治水系統(tǒng)做出專項安全評價，采用了事故樹分析的方法。利用計算機編程分析
可以得出煤礦突水事故樹最小割集和基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。根據(jù)事故樹基本事件及其結(jié)構(gòu)重要
度建立防治水系統(tǒng)專項安全評價指標體系與安全檢查表。采用該方法實現(xiàn)了某煤礦六采區(qū)水體下
開采的防治水專項安全評價。得出突水事故樹的最小割集共116個以及基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。
依此建立了六采區(qū)防治水系統(tǒng)專項評價指標體系與安全檢查表。檢查評價該礦安全等級為低度危
險，并提出整改意見。
關(guān)鍵詞： 事故樹分析；安全評價指標體系；安全檢查表
中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A DOI：10．3969U．issn．1001．1986．2010．06．012
Application of fault tree analysis to establish safety checklist for
groundwater inrush in underground coalmines
GA0Yue
(School ofResources and Geosciences，State Key Laboratoryfor Geomechanics and Deep Underground Engineering，
China University ofMining and Technology，Xuzhou 221008，China)
Abstract：This paper presents the application of the fault tree analysis to assess the risk of groundwater inrush in
coalmines．Computer programming was used to calculate the minimal cut set and structure importance．The results
of computer programming for a 6oalmine illustrate that the number of minimal cut set is 1 16．And the structure
importance of every basic event was also calculated．A safety assessment index system and a special safety check—
list were established based on these results．The result of safety assessment is low risk．And amendments were
proposed．
Key words：groundwater inrush；fault tree analysis；safety assessment index system；safety checklist
我國煤礦水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，無論是受水
威脅的面積、類型，還是水害威脅的嚴重程度，都
是世界罕見的。地表水、老空水、沖積層水、底板
水等各種類型的水害樣樣俱全【l?！俊Ｈ珖旱V水害發(fā)
生次數(shù)和死亡人數(shù)，僅次于瓦斯事故。因此，預(yù)測
預(yù)報、監(jiān)測預(yù)警和煤礦安全評價對礦井水害防治極
為重要 】。
2003年《煤礦安全評價導(dǎo)則》頒布以后，礦井
安全綜合評價在全國范圍內(nèi)展開【6】。煤礦防治水系
統(tǒng)安全評價方法以安全檢查表和危險指數(shù)法為主。
其中，安全檢查表法主要依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《礦
井水文地質(zhì)規(guī)程》、《煤礦防治水工作條例》等規(guī)程
與標準，將地面防治水、井下防治水、井下探放水
和排水的規(guī)范要求列成檢查表格，通過逐項檢查、
專家打分評定礦井防治水系統(tǒng)的安全等級I 】。2009
年l2月1 Et起施行新頒布的《煤礦防治水規(guī)定 ]，
因此，煤礦安全檢查表內(nèi)容需要根據(jù)新的《煤礦防
治水規(guī)定》進行修訂。
根據(jù)曾康生的調(diào)查顯示：安全檢查表中應(yīng)用最
多的是部頒的標準化檢查表，只有為數(shù)不多的礦井
依據(jù)自身實際編制自己的安全檢查表，并且檢查表
的編制質(zhì)量良莠不齊『l“。標準化檢查表實質(zhì)上是對
煤礦防治水技術(shù)與管理系統(tǒng)的質(zhì)量評價，主要應(yīng)用
于評價煤礦是否具備安全生產(chǎn)所必需的生產(chǎn)條件，
并未對水災(zāi)事故產(chǎn)生進行預(yù)測『1 。其存在的另～ 問
題是專家憑主觀認識來確定項目指標值，表的評價
結(jié)果含有相當高的經(jīng)驗成分。為克服以上不足，本文
采用事故樹方法建立煤礦突水事故專項安全檢查表。
收稿日期：201O-03．11
基金項目：國家自然科學基金項目(40772192)；中國礦業(yè)大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室開放基金項目
(SKLGDUEK0903)
作者簡介：高岳(1986—)，男，甘肅蘭州人，碩士研究生，從事煤礦水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究．
· 58· 煤田地質(zhì)與勘探 第38卷
1 事故樹分析概述
事故樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是以一種
不希望發(fā)生的事件為最后狀態(tài)(頂上事件)，然后使
用系統(tǒng)分析的方法尋找造成這一狀態(tài)的一系列原因
(基本事件)，將這些原因由上至下依照邏輯關(guān)系繪
制成樹狀圖。事故樹可以對事故做定性分析也可以
做定量分析。定量分析必須知道基本事件的概率，但
在實際中得到基本事件的概率非常困難，所以煤礦
事故樹分析以定性分析為主。定性分析包括最小割
集、最小徑集、結(jié)構(gòu)重要度3個方面【6培】。
針對煤礦水災(zāi)事故，馮治斌【1 較早應(yīng)用事故樹
分析礦井突水事故并通過查閱礦井水災(zāi)資料提出了
1 3個突水事故基本事件；陳文學等『1 通過計算機編
程，開發(fā)了事故樹分析系統(tǒng)，對老空區(qū)積水透水事
故進行事故樹分析，并根據(jù)分析結(jié)果，提出了該類
透水事故的預(yù)防方案；王長申等f10 基于事故致因理
論建立煤礦突水事故模型，并提出基于事故樹方法
的煤礦突水危險性專項評價方法。諸多學者研究表
明，事故樹分析法可用于指導(dǎo)煤礦突水事故預(yù)防，但
缺乏對煤礦防治水系統(tǒng)的專項安全評價研究。
2 用事故樹法確定煤礦防治水評價指標體系和
專項安全檢查表
本文應(yīng)用王長申等的研究成果，以煤礦突水為
頂上事件(73，基于事故致因理論建立煤礦突水事故
模型n ，見圖l。根據(jù)該煤礦突水事故樹模型，結(jié)
合各礦實際情況可以建立不同生產(chǎn)條件、不同礦井
水害類型的突水事故樹。
經(jīng)計算機編程計算可得事故樹最小割集和基本
事件的結(jié)構(gòu)重要度(計算機編程從略)。從最小割集
中選擇易于做出判斷的基本事件，同時去掉重復(fù)的
基本事件，再結(jié)合傳統(tǒng)的安全檢查表防治水部分的
內(nèi)容，則可以得出相應(yīng)安全評價指標體系。
為克服傳統(tǒng)安全檢查表專家打分將不同事件同
等對待的缺點，選用基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為基本
數(shù)據(jù)，對每一評價指標體系內(nèi)的基本事件的結(jié)構(gòu)重
要度加和，結(jié)果可以作為該安全評價指標的權(quán)重值。
依此構(gòu)建含有權(quán)重值的專項安全檢查表。
針對不同礦區(qū)實際情況構(gòu)建不同的事故樹，則
權(quán)重計算結(jié)果與專項安全檢查表內(nèi)容也不同。因此，
該方法可對不同礦區(qū)不同水害類型的防治水系統(tǒng)做
專項安全檢查評價。
3 工程實例
3．1 某煤礦六采區(qū)地質(zhì)水文條件概述
某煤礦位于山東省濟寧市轄區(qū)，六采區(qū)位于井
： 邏輯或門 口頂上和中間事件框
邏輯與門(二)基本事件框
圖1 煤礦突水事故樹模型
Fig．1 Fault tree model for in groundwater inrush coalmine
田的西南部。本區(qū)地層由老到新有：奧陶系(o)、石
炭系(c)、二疊系(P)、侏羅系(J)、第四系(Q)。采區(qū)
內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶曲為主，斷層較發(fā)育。巖溶陷落柱
等不發(fā)育。
六采區(qū)開采對象為煤田淺部的二疊系山西組的
3煤，開采方法為綜采，放頂煤時，煤層上覆含水
層成為安全開采的主要威脅。根據(jù)礦井勘查報告、
礦井水文地質(zhì)資料認為該采區(qū)開采3煤時，主要充
水含水層為第四系下組砂層、侏羅系上統(tǒng)砂巖(以下
簡稱紅層)、3煤頂板(部)砂巖。其中第四系不整合
于侏羅系上統(tǒng)和二疊系之上，厚度在110～227 m，
平均170 m。按巖性、顏色、含水性劃分為上、中、
下3組。上、下組為含水層組，中組為隔水層組。
中組平均厚度為58．14 m，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，隔水性能
良好。下組平均厚度52 m，巖性主要為中砂、砂礫
層，中間夾有薄層粘土層。第四系下組又進一步分
為上、下2段，下段簡稱為底含。底含單位涌水量
0．52～1．143 L／(s．m)，滲透系數(shù)3．89—7．10 m／d，為孔隙
承壓水，富水性中等。采區(qū)內(nèi)3煤頂板至第四系底界
距離80 171．19 m，平均136．16 m。紅層厚0—84．01 m，
平均厚51．68 m。單位涌水量為0．001 93 L／(s·m)，滲
透系數(shù)0．037 m／d。從抽水資料看，含水較弱，補排
條件不良。但采動作用下，易迅速產(chǎn)生豎向的采動
裂隙，巖層的導(dǎo)水性明顯增強，局部富水區(qū)往往造
成回采工作面來水突然，水勢猛、峰值大、危害嚴
重的后果。3煤頂板(部)砂巖厚度平均為12 1TI，以
中細砂巖為主，富水性中等，是3煤開采的直接充
水含水層。六采區(qū)開采3煤時也受到周圍一個地方
第6期 高 岳：用事故樹法確定煤礦防治水安全檢查表 ·59·
煤礦老空水的威脅。
3．2 六采區(qū)突水事故樹分析
應(yīng)用煤礦突水事故樹基本模型(圖1)，再綜合該
礦采礦、地質(zhì)、水文等實際情況。建立該礦六采區(qū)
突水事故樹，見圖2。在圖2中，以該礦六采區(qū)突
水為頂上事件( 。突水事故是由非正常涌水量
(M1)，超過排水能力(M2)，預(yù)防及應(yīng)急反應(yīng)失效(M3)
同時發(fā)生的結(jié)果，屬于邏輯“與門”的關(guān)系，此作為
事故樹的第一層。在第二層中，非正常涌水量( 1)
是由松散層突水(M4)、紅層突水(M5)、3煤頂板砂
巖突水(M6)、老空水突水(M7)、地表水或洪水潰入
(M8)引起的，為邏輯“或門”關(guān)系；超過排水能力(M2)
是由于突水量同時超過該煤礦的設(shè)備排水能力(M9)
與水倉能力(MIO)的結(jié)果，為邏輯“與門”關(guān)系；預(yù)防
與應(yīng)急失效( )包括技術(shù)問題(M11)與管理不善
(M12)，為邏輯“或門”關(guān)系；在第三層，松散層富水
(X1)和防水煤柱問題(M13)是引起松散層水突水的
原因，為“與門”。防水煤柱問題包括留設(shè)不合理(x2)
和采動破壞(x3)，兩者是“或門”關(guān)系。紅層突水(M5)
是紅層富水(x4)與裂隙導(dǎo)水(M14)共同作用的結(jié)果，
兩者為“與門”關(guān)系。裂隙導(dǎo)水(M14)包括采動破壞
(X3)裂隙和斷裂導(dǎo)水(x5)，兩者為“或門”關(guān)系。3煤
頂?shù)装迳皫r含水層富水(X6)和裂隙導(dǎo)水(M15)是引
起3煤頂板砂巖含水層突水的原因，為“與門”。裂
隙導(dǎo)水包括采動破壞(x3)裂隙和背斜向斜軸部裂隙
富水導(dǎo)水(x7)，兩者是“或門”關(guān)系。老空區(qū)富水(x8)
和井巷打通水體(M16)是引起老空突水的原因，為
“與門”。井巷打通水體(M16)包括探放水失誤(X9)和
違章施~-E(XIO)，兩者是“或門”關(guān)系。事故樹其余分
析依此類推。
圖2 某煤礦六采區(qū)突水事故樹
Fig．2 Fault tree analysis of groundwater inrush in district 6 of a coalmine
利用布爾代數(shù)的方法求解六采區(qū)突水事故樹模
型的最小割集，方程為：
T =M 1M 2M 3=f 4+M 5+M 6+
7+ 8】[ 9M 10】[ 1 1+M12】， L
式中 ， 分別為頂上事件和中問事件。
式(1)經(jīng)過化簡計算得到結(jié)果如下：fX5 X16 X21
X4 X17)；{X7 X16 X21 X6 X17l；{X10 X16 X21 X8
X17}?{X3 X15 X21 X18}；{X3 X16 X21 X18l；{X3
X13 X21 XI8}總共116個最小割集。每個最小割集
代表煤礦的一種突水模式或基本事件組合。
編程計算各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度如下：
，(1)=O．004 5；，(2)=0．013 6；，(3)=0．087 5；
，(4)=0．O18 2；，(5)=0．013 6；，(6)=0．018 2；
7)=0．013 6； (8)=0．059 1；，(9)=0．059 1；
1(1O)=O．013 6；，(11)=0．017 0；1(12)=0．017 0；
13)=0．079 5；1(14)=0．020 5； ，(15)=0．020 5；
I(16)=0．101 1；，(17)=0．040 9；，(18)=0．180 7；
，(19)=0．010 2；1(2o)=o．O18 2； (21，=O．096 6；
I(22)=0．020 5；I(23)=0．0 1 0 2；I(24)=0．065 9。
基本事件的結(jié)構(gòu)重要度大小順序為：，(1 8)>
I(16)>I(21)> (3)> 13)>，(24)>，(8)>，(9 ，(17)>，(22)=
，(14)= (1 5)>，(4)= (6)=，(20)>，(1 1)= (1 2)>，(7)=，(5)=
10)= (2)> 19)= 23)> 1)
由以上基本事件結(jié)構(gòu)重要度可知：在非正常涌
水量(M1)中，事件松散層突水( )是六采區(qū)主要面
臨的問題。防水煤柱的留設(shè)問題是主要的誘發(fā)因素。
在超過排水能力(M2)中，設(shè)備能力、水倉能力是主
要問題。預(yù)防和應(yīng)急反應(yīng)失效方面( 3)中，避災(zāi)路
線設(shè)計缺陷(X21)、水文地質(zhì)工作不合規(guī)程(X22)、工
人缺乏防水意識(X24)結(jié)構(gòu)重要度大。
4 專項安全評價指標體系與安全檢查表
4．1 安全評價指標體系的確定
在上述1 16個最小割集中，選擇易于做出判斷
的基本事件，同時去掉重復(fù)的基本事件，再結(jié)合傳
· 60· 煤田地質(zhì)與勘探 第38卷
統(tǒng)安全檢查表中防治水部分的內(nèi)容。則可以得出該
礦區(qū)以下安全評價指標體系：水倉水泵完好率；管
路電路完好率；水害隱患源探明程度；安全技術(shù)設(shè)
計合理性；采動破壞和構(gòu)造導(dǎo)水；安全管理狀況。
根據(jù)檢查，本工程實例的事故致因全部包含在
上述安全評價指標體系中。見表1。
4．2 建立專項安全檢查表
為克服傳統(tǒng)安全檢查表中專家打分將不同事件
同等對待的缺點，選用基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為基
本數(shù)據(jù)，對每一評價指標體系內(nèi)的基本事件的結(jié)構(gòu)
重要度加和，結(jié)果作為該安全評價指標的權(quán)重值。
如水泵水倉完好率的權(quán)重值為：水倉留設(shè)不足，水
倉未清理，泵排量不足，備用設(shè)備失效這4個基本
事件的結(jié)構(gòu)重要度之和，即I17+I18+I13+I16=0．402。
同理得到其他指標的權(quán)重值，管路電路完好率權(quán)重
值為O．041；水害隱患源探明程度權(quán)重值為O．159；
安全技術(shù)設(shè)計合理性權(quán)重值為0．128；采動破壞和構(gòu)
造導(dǎo)水等權(quán)重值為0．149；安全管理狀況權(quán)重值為
0．121。(小數(shù)點后保留3位數(shù)字)
依據(jù)以上分析，建立煤礦六采區(qū)突水事故專項
安全檢查表(表2)。邀請該礦防治水專家為該專項表
打分。
表1 安全評價指標體系表
Table 1 Safety assessment index system
表2 某煤礦六采區(qū)突水事故專項安全檢查表
Table 2 Special safe~ checklist for water inrush in district 6 of a coalmine
表中每項得分均為百分制。在專項檢查中可根
據(jù)表中的評價標準對其打分，將得分與權(quán)重相乘，
然后逐項相加，可以得到總分。根據(jù)總分評價煤礦
整體防治水安全等級。見表3。
表3 安全等級
Table 3 Grades of security
如該煤礦總得分為80xO．402+80x0．041+80~
0．159+80~0．128+60x0．149+80x0．121=77，安全等級
為低度危險，需對專項安全檢查表中未達標項目進
行整改。
以上評價指標的權(quán)值，是該礦六采區(qū)的突水事
故樹分析得出的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度之和，克服
了傳統(tǒng)安全檢查表將不同因素同等對待等缺點，同
時有利于明確防治水系統(tǒng)的安全責任。依照該方法
可以對礦井突水事故進行檢查評價，節(jié)約大量時間，
第6期 高 岳：用事故樹法確定煤礦防治水安全檢查表 ·61 ·
有效指導(dǎo)防治水方案制定，確保安全生產(chǎn)。
5 結(jié)論
a．建立了煤礦突水事故樹，根據(jù)事故樹基本事
件及其結(jié)構(gòu)重要度建立了防治水系統(tǒng)專項評價指標
體系與專項安全檢查表。
b．以某煤礦工程實際為例，建立了該煤礦六采
區(qū)的突水事故樹。經(jīng)編程計算得到六采區(qū)突水事故
樹共116個最小割集與基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。根
據(jù)事故樹分析，建立了專項安全評價指標體系。體
系共包括水倉水泵完好率、管路電路完好率、水害
隱患源探明程度、安全技術(shù)設(shè)計合理性、采動破壞
和構(gòu)造導(dǎo)水等及安全管理狀況6項安全評價指標。
c．根據(jù)安全評價指標體系和基本事件的結(jié)構(gòu)
重要度建立了相應(yīng)的煤礦突水專項安全檢查表。該
表有別于傳統(tǒng)安全檢查表，對煤礦防治水系統(tǒng)做出
了專項檢查?？梢栽谄渌V區(qū)試行推廣。
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(上接第56頁)
對地表構(gòu)筑物、建筑物的影響甚微，能有效防止地
表的沉降變形。
b．由于地表村莊的影響，部分觀測點未能建立
在理想的位置，但該觀測站用于多個相鄰工作面綜
合開采的地表沉降觀測，效果良好。
c．由于觀測數(shù)據(jù)有限，且未能在充填開采之前
建立觀測站，不能得出高水材料充填技術(shù)下單個工
作面的下沉規(guī)律。
d．有望結(jié)合：【作面上方綜合地質(zhì)情況，進行沉
降規(guī)律的進一步研究。
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