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尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)分析

文檔作者：王文才王瑞智劉冰蕾孫寶雷劉海文檔來(lái)源：內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月18日
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56
礦 業(yè) 工 程
M ining Engineering
第8卷第5期
2010年1O月
尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)分析
王文才 王瑞智 劉冰蕾 孫寶雷 劉 海
(內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014000)
摘要：近年來(lái)，我國(guó)尾礦庫(kù)事故時(shí)有發(fā)生，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了極大威脅。本文針對(duì)尾礦庫(kù)潰壩事
故，建立了尾礦壩潰壩的事故樹(shù)，求出了最小割集合和最小徑集合，并提出了控制措施，從而為進(jìn)行尾礦
壩的安全評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：尾礦壩；潰壩；事故樹(shù)
中圖分類號(hào)：TD 771 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—8550(2010)05-0056-04
1 簡(jiǎn)介
尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍
地構(gòu)成的用以堆存金屬、非金屬礦
山進(jìn)行礦石選別后排除尾礦的場(chǎng)
所，是維持礦山正常生產(chǎn)的必要設(shè)
施，其投資較大，一般約占礦山建
設(shè)總投資的5 ～1O 。尾礦庫(kù)是
一種人造的具有高勢(shì)能的泥石流，
由于其存在潰壩的危險(xiǎn)，所以它還
是重大危險(xiǎn)源，威脅下游居民及設(shè)
施的安全¨】]。
美國(guó)克拉克大學(xué)公害評(píng)定小組
的研究表明，尾礦庫(kù)事故的危害在
世界93種事故、公害的隱患中，
名列第18位。它僅次于核爆炸、
神經(jīng)毒氣、核輻射等危害，而比航
空失事、火災(zāi)等其它6O種災(zāi)害嚴(yán)重，直接引起百人以上死
亡的事故時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)引起尾礦壩潰壩的因素進(jìn)行
分析已成為尾礦庫(kù)安全工作的重要任務(wù)之一l2]。本文以尾
礦庫(kù)潰壩事故為分析對(duì)象，利用事故樹(shù)分析法對(duì)其進(jìn)行定
性分析和評(píng)價(jià)，并據(jù)此提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，為完善和
提高尾礦庫(kù)安全評(píng)價(jià)和安全管理水平奠定基礎(chǔ)。
2 事故樹(shù)分析中的幾個(gè)概念
— — 事故樹(shù)分析(FTA— —Fault Tree Analysis)又稱
故障樹(shù)分析，是安全系統(tǒng)工程最重要的分析方法。主要用
于分析事故發(fā)生的原因和評(píng)價(jià)事故風(fēng)險(xiǎn)。
— — 最小割集。割集亦稱截止集或截集，是導(dǎo)致頂上
收稿日期：2009一I2—18
作者簡(jiǎn)介：王文才(1963 )，男(漢族)， 內(nèi)蒙古伊金霍洛旗人，
內(nèi)蒙古科技大學(xué)資源與安全工程學(xué)院教授，博士， 碩士研究生導(dǎo)
師，現(xiàn)從事安全工程及礦業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的教學(xué)和研究。
圖1 尾礦庫(kù)漬壩事故樹(shù)
事件發(fā)生的基本事件的集合。最小割集則是導(dǎo)致頂上事件
發(fā)生基本事件的最小集合，因此，最小割集間不存在重復(fù)
和相互包含的關(guān)系。最小割集的求解方法有行列法、布爾
代數(shù)簡(jiǎn)化法、結(jié)構(gòu)法、質(zhì)數(shù)代入法和矩陣法等，本文應(yīng)用
布爾代數(shù)簡(jiǎn)化法求取。
— — 最小徑集。徑集(通集)， 即如果事故樹(shù)中某些基
本事件不發(fā)生，則頂上事件不發(fā)生，這些基本事件的集合
稱為徑集。最小徑集是頂上事件不發(fā)生所必需的最低限度
的徑集。
— — 結(jié)構(gòu)重要度分析。結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹(shù)結(jié)
構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。即在各基本事件發(fā)生概
率都相等的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的
發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。
結(jié)構(gòu)重要度分析可采用的方法：1)求結(jié)構(gòu)重要系數(shù)；
2)利用最小割集判斷重要度。前者精確，但繁瑣；后者簡(jiǎn)
單，但不夠精確。本文應(yīng)用后者分析 。
2010年第5期 王文才等 尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)分析 57
3 尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)的編制
尾礦庫(kù)最大的危害因素是潰壩。一旦潰壩會(huì)引起滑坡、
泥石流等重大災(zāi)害，造成重大人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境
污染。根據(jù)尾礦庫(kù)潰壩事故防治理論，并通過(guò)對(duì)我國(guó)歷年
來(lái)所發(fā)生的尾礦庫(kù)潰壩事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，建立尾礦庫(kù)潰壩
事故樹(shù)如圖1，其中基本事件代碼如表1所示。
表1 尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)基本事件代碼
符號(hào) 含義 符號(hào) 含義
4 冒頂片幫事故樹(shù)的分析
4 1 求解事故樹(shù)的最小割集
用布爾代數(shù)法求事故樹(shù)的最小割集，結(jié)構(gòu)函數(shù)式為：
A — B1— B2
一C1+ C2+ C3+ C4+ C5+ C6+ C7+ X2 7
一X1+ X2+ Dl+ D2 X8+ Xl 5+ X16+ D3+ Xl9+ X2o+X21
+ X2 2+X23+ X24+ X25+ X26+ X27+ D4+ D5+D6+ D7
+ D8+ D9+ D1。
一X1+ X2+ X3E1+ X8 (E2+ X9) + Xl5+ Xl6+ X】7+ Xl8
+ Xl9+ X2o+ X21+ X22+ X23+ X24+ X25+ X26+ X27+
E3+E4+E5+ E6+ E7+ X4 4+ X45+ E8+E9+ E1o十E】1
+ X6o+ X61+ X62+ E12
一X1+ X2+ X3 (X4+ X5+ X6+ X7) + X8 (X1o+ X9+
F1) + X15+ Xl6+ X17+ X18+ X19+ X2o十X2l+ X22+
X23+ X24+ X25十X26+ X27+ F2+ + F4十Xz8+ X29+
X3o+X。 + X。 + F + F + F + X 。+ X + X 4-X +
X44十X4 5+ X49十X50+ X51+ X52十X53+ X54+ X55+ F8
+X59+X60+ X61+X6 2+ F9+X66+ X67
一X1+ X2十X3 (X4十X5+ X6+ X7) + X8 (Xl0+ X9+
GX11) +Xl5+ X16+ X17+Xl8+ X19+ X20+ X2l+ X22+
X23十X24+ X2 5+ X26+ X27+X28十X29+ X3o+ X3l+X32
+ X33+X34+ X28+ Xz9+ X3o+ X31+ X32+ X35+ X3 6+
X37+ X38+X39+ X40+ X41+X4 2+X∞+ X46+ X4 7+X48
+ X4 4+X45+ X49+ X50+ X51+ X52+ X53+ X54+ X55+
X56+ X5 7+X58+ X5 9+ X6o+ X61+X62+ X∞+ X64+ X6 5
+ X66+ X6 7
一X1+X2+X15+ Xl6+Xl 7+X18+ Xl9+ X20+X2l+ X22+
X23+ X24+X25+ X26+ X27+ X28+X29+ X30+ X31+ X32
+ X33+ X34+ X35+ X38+ X37+X38+ X39+ X40+ X41+
X42+ X∞+X46+ X47+ X¨+ X44+ X45+ X49+ X50+ X51
+ X5 2+ X53+X54+ X5s+ X56+ X5 7+ X58+ X59+ X60+
X6l+ X62+X63+ X64+ X65+X66+ X67+ X3 X4+X3 X5+
X3X6十X3X7+ X8X10+ X8X9+ X8Xl】Xl2+ X8X1lX13+
X8X】】X1 4
由該事故樹(shù)的64個(gè)底事件，得到最小割集：
K1一{X1}；K2一{X2)；K3一{X1 5}； K4一{Xl6)；
K5一{X17}；K6= {Xl8)；K7= {X19}；K8= {X2。)；K9
一{X21}；Klo一{X22}；K1】一{X23}；K12一{X24}；Kl3
一{X25)；Kl4一{X26)；K15一{X27)；Kl6： {X28}；Kl 7
： {X29}；Kl8一{X3o}；K19一{X31}；K2o— fX32}；K21
一{X33}；K22一{X34)；K23= {X35)；K24= {X3 6)；K2s
一(X37}；K26一{X38)；K27一{X39)；K28一{X4o)；K29
一{X41)；K30一{X4 2)；K31一{X43}；K32一{X46}；K3 3
一{X47)；K34一{X48}；K35一{X“}；K36一{X45}；K37
一(X49}；K38一{X5o}；K39一{X51}；K40一(X52}；K41
一{X53}；K42一{X54}；K43一{X55)；K44= {X56)；K4 5
58 礦 業(yè) 工 程 第8卷第5期
： {X57)；K46= {Xs8}；K47： {X59}；K48= {X6o)；K4 9
一{X61)；K5。= {X62)；K5l： {X63}；Kj 2一{X64)；K5 3
一{X65)；K54 {X66)；K55： {X67)；K56一{X3，X4}；
K57一{X3，X5}；K58一{X3，X6}；K5 9一{X3，X7}；
K60= {X8，X1o)；K6l一{X8，X9)；K62= {X8， Xll，
X12)；K63一{X8，X1l，X1 3}；K64一{X8，X1】，X1 4)；
最小割集共計(jì)64個(gè)。不難看出，導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的
模式有64種，如果要使頂上事件不發(fā)生，則要求B1和B。
都不發(fā)生，即需要控制64個(gè)最小割集，因此，該系統(tǒng)發(fā)生
危險(xiǎn)的可能性是很大的。
4．2 求解事故樹(shù)的最小徑集
最小徑集的求法是利用它與最小割集的對(duì)偶性。首先，
做出與事故樹(shù)對(duì)偶的成功樹(shù)， 即把原來(lái)事故樹(shù)的與門(mén)換成
或門(mén)，或門(mén)換成與門(mén)，各類事件發(fā)生換成不發(fā)生，再利用
布爾代數(shù)求解成功樹(shù)的最小割集，再轉(zhuǎn)換為事故樹(shù)的最小
徑集， 即；
A = Bl B2
一Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 X2 7
XI X2 DJ (D2 + X8 ) X1j XI6 Xi9 X∞ XzI X
X23 X24 X25 X26 X27 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10
=Xl X2 (X3 + El )(【)2 + X8 ) X1 5 Xl6 X】7 Xl 8 X19
X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 E3 E4 E5 E6 E7 X44
X45 E8 E9 El0 EI J X60 X6I X62 EI2
一Xl X2 ()(3 + X4 X5 X6 X7 ) (X9 Xlo X1 2 Xl3 X1 4 +
X9 Xl0 Xll + )(8 )X1 5 X1 6 X1 7 Xl8 Xl9 X20 X2l X22
X23 X24 X25 X26 X27 X28 X29 X30 X31 X32 X33 X34 X35
X36 X37 X38 X39 X4o X4j X42 X43 Xd4 X 5 X46 X X4s
X49 X50 X51 X52 X53 X54 X5 5 X56 X5 7 X58 X5 9 X6o X6l
X62 X63 X64 X65 X66 X67
一Xl X2 X3 X9 X10 Xl 2 XI3 X1 4 X1 5 Xl6 Xl 7 X18 X19 X2o
X刳 X X船 X肌 X 5 X26 X2 X艄 X29 X3o X3 e X37 X33
X34 X35 X36 X37 X38 X39 X40 X4】 X42 X4 3 X¨ X4 5 X4 6
X47 X48 X49 Xs0 X5l X52 X53 X54 X55 X56 X5 7 X58 X59
X6o X6l X62 X63 X64 X65 X66 X67 十X1 X2 X3 X9 Xl0
X¨ X】5 Xj6 Xl 7 Xj8 Xi 9 XP。 X21 X2。 X。3 X24 X25 X。6
Xz7 X28 X29 X3o X3l X32 X33 X34 X35 X36 X3 7 X38 X39
X40 X4l X42 X43 X44 X45 X46 X4 7 X48 X4 9 X5。 X51 X5 2
X53 X X5s X56 X57 X58 X59 X60 X61 X62 X63 X64 X6 5
X X67 + X】 X2 X3 X8 X】5 XI6 Xl 7 Xjs X】9 X2。 X。l
X22 X23 X24 X25 X26 X27 X28 X29 X30 X3l X32 X3 3 X34
X35 X36 X37 X38 X39 X4o X41 X4 2 X43 X44 X4 5 X46 X47
X48 X49 X5o X5l X52 X53 X54 X55 X56 X57 Xj 8 X59 X60
)(6l X62 x63 X X65 X66 X6 7 + XI X? X{ X5 X6 X
X9 Xlo X12 Xl3 Xl4 Xl 5 X16 Xl 7 X1 8 X19 X2o X21 X22
Xz3 X24 X25 X26 X27 X28 X29 X3o X31 X3 2 X33 X34 X3 5
X36 X37 X38 X39 X4o X41 X42 X43 X44 X45 X4 6 X4 7 X48
X49 X5o X5】 X52 X53 X54 X55 X56 X5 7 X58 X 9 X6o X6J
X6 2 X6 3 X64 X65 X66 X67 + X1 X2 X4 X5 X6 X7 X9
X1。 Xll X1 5 X】6 Xl 7 Xl 8 X19 X20 X21 X22 X23 X24 X25
Xz6 X2 7 X28 X29 X30 X31 X32 X33 X蹦 X35 X36 X37 X¨8
X3。 X X41 X42 X43 X44 X4 5 X46 X47 X48 X49 X5o X51
X52 X53 X54 X55 X56 X5 7 X58 X59 X60 X61 X6z X63 X64
X65 X66 X67 + X1 X2 X4 X X6 X7 X15 Xl6 X17 X18
Xl 9 X20 X21 X22 Xz3 X24 X25 Xz6 X2 X28 X。9 X3o X3i
X32 X33 X3{ X35 X36 X37 X38 X39 X40 X41 X42 X43 X44
X4 5 X4 6 X4 7 X48 X49 X5o X51 X52 X53 X54 X55 X56 X57
X58 X5 9 X6。 X6l X62 X63 X64 X65 X66 X67
由上式得出事故樹(shù)對(duì)偶成功樹(shù)的6個(gè)最小徑集，可知
有6種控制系統(tǒng)事故的方案， 即可以擬訂6種處理方案，
這6種途徑均使事故可能不發(fā)生。
4．3 比較結(jié)構(gòu)重要度大小
根據(jù)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的大小，得出基本事件的結(jié)構(gòu)重要
度順序如下：
I (1) 一1 (2) I (15) ? ? I (66) I
(67) > I (3) > I (8) > I (4) 一I (5) 一I (6) l
(7) 一I (9) 一I (10) > I (11) > I (12) I (13)
一I。(14)
4．4 事故樹(shù)的分析
— — 從冒頂片幫事故樹(shù)圖的邏輯門(mén)構(gòu)成比來(lái)看，邏輯
或門(mén)占92．8 ，其事故發(fā)生的可能性是比較大的，即危險(xiǎn)
性較大。最小割集有64組，事故發(fā)生的可能途徑就有64
種，而最小徑集只有6組， 因此該事故比較容易發(fā)生且較
難控制。
— — 從尾礦庫(kù)潰壩的成功樹(shù)可看出有6個(gè)最小徑集，
只要每個(gè)最小徑集的基本事件都不發(fā)生，方可控制事故不
發(fā)生。系統(tǒng)中最小徑集越多， 則系統(tǒng)越安全。求出了系統(tǒng)
的全部最小徑集，就知道有幾種控制系統(tǒng)事故的方案， 即
可以擬訂6種處理方案，這6種途徑均使事故可能不發(fā)生。
— — 由結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果可知，基本事件X ，Xz，
x x X ? ? ，x x 結(jié)構(gòu)重要度最大，其重要
性在系統(tǒng)中占首位，其次是x。。所以應(yīng)加強(qiáng)這些方面的工
作，作為預(yù)防尾礦庫(kù)潰壩事故的主要措施
5 預(yù)防措施
— — 采取法制措施，控制人的不安全行為。在思想上
利用各種機(jī)會(huì)普及安全知識(shí)，加強(qiáng)安全教育，增強(qiáng)安全意
識(shí)，加強(qiáng)工作責(zé)任心。在行動(dòng)上不違章作業(yè)，加強(qiáng)操作技
能。另外，還要掌握必要的自救和互救技能
— — 采取安全技術(shù)措施，控制物的不安全狀態(tài)。針對(duì)
尾礦庫(kù)危險(xiǎn)源的特殊性，制定技術(shù)性安全對(duì)策和措施， 消
除和減弱危害因素對(duì)尾礦庫(kù)安全構(gòu)成的威脅，是防止尾礦
庫(kù)事故發(fā)生的關(guān)鍵。嚴(yán)格按照《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》和
《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行尾礦庫(kù)安全技術(shù)管理，按設(shè)計(jì)文
件的要求和有關(guān)技術(shù)規(guī)范做好尾礦濃縮分級(jí)、放礦筑壩、
2010年第5期 王文才等 尾礦庫(kù)潰壩事故樹(shù)分析 59
回水排水、防洪渡汛、抗震等檢查和監(jiān)測(cè)。在尾礦庫(kù)堆積
使用到設(shè)計(jì)總壩高的1／2～2／3時(shí)，對(duì)尾礦堆積壩進(jìn)行工程
地質(zhì)勘察和穩(wěn)定性分析。
— — 制定有針對(duì)性、可操作性和經(jīng)濟(jì)合理性的安全對(duì)
策和措施，控制和消除尾礦庫(kù)潛在的主要危險(xiǎn)有害因素，
預(yù)防尾礦庫(kù)事故發(fā)生，提高尾礦庫(kù)的安全程度和管理水平。
根據(jù)《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》等法律、法規(guī)的
規(guī)定，建立健全安全管理機(jī)構(gòu)和管理制度，配備安全管理
及尾礦庫(kù)技術(shù)管理人員，制訂以單位主要負(fù)責(zé)人為第一責(zé)
任人的各級(jí)安全管理人員責(zé)任制和崗位技術(shù)培訓(xùn)， 尾礦工
作為特種作業(yè)，必須做到持證上崗。在尾礦庫(kù)建設(shè)中，必
除在建設(shè)中埋下隱患。在日常安全管理中，必須保證尾礦
庫(kù)安全措施資金的投入，嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)管理制度，實(shí)
行班組El查、車間月查、礦(公司)季查及安全專項(xiàng)檢查
相結(jié)合的安全檢查制度， 對(duì)查出的隱患按“四定” 原則及
時(shí)整改到位，把事故消除在萌芽狀態(tài)。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)安全生
產(chǎn)中介機(jī)構(gòu)的監(jiān)督管理，杜絕虛假的安全條件論證、安全
評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)審查和竣工驗(yàn)收，堅(jiān)決查處安全生產(chǎn)違法行為，
依法追究安全生產(chǎn)事故責(zé)任。
參考文獻(xiàn)：
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須請(qǐng)具有與尾礦庫(kù)等別相應(yīng)資質(zhì)的安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、
建設(shè)施工和監(jiān)理，并嚴(yán)格執(zhí)行建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施 三同時(shí)，， [33
的規(guī)定以及設(shè)計(jì)審查審批和竣工驗(yàn)收，確保施工質(zhì)量， 消
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金龍哲，宋存義等．安全科學(xué)原理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)
出版社，2004．
‘‘Fault Tree Analysis’’applied in analyzing reasons for tailings dam collapse
W ANG W en—cai， W ANG Rui—zhi， LIU Bing-lei， SUN Bo-lei， LIU Hai
(Inner— Mongolian University of Technology，Baotou 014000， China)
Abstract： In recent years in China，collapse of tailings dam occurs often that brings serious loss of life and property tO the
people． Under such situation，the“Fault Tree Analysis” is adopted tO calculate the minimum “cut set’’and minimum “path
set” that are basis for assessment of tailings dam safety． On this basis， the measures tO control accident of tailings dam are
recommended．
Key words：tailings dam ； collapse of dam； fault tree

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