事故树分析法在小工山铜矿技改工程安全预评价中的应用

侯建华，王书明

(1.南京理工大学 化工学院，江苏 南京 211151；2.金陵科技学院 建筑工程学院，江苏 南京 211169)

事故树分析法在小工山铜矿技改工程安全预评价中的应用

侯建华1，王书明2

(1.南京理工大学 化工学院，江苏 南京 211151；2.金陵科技学院 建筑工程学院，江苏 南京 211169)

指出了安全预评价是有效提高系统的本质安全程度，确保系统安全运行的前置环节。运用事故树分析了有色矿山死伤人数最多的冒顶片帮事故以及每起事故死亡人数最多、危害特别巨大的透水事故,深入揭示了导致事故的潜在原因，最后有针对性地提出了预防事故对策措施。

安全预评价；冒顶片帮；透水

1 引言

非煤矿山具有点多面广，安全管理难度大等特点。据统计，我国非煤矿山每年死亡人数仅次于道路交通事故和煤矿事故的死亡人数，在各行业中居第三位[1]。非煤矿山事故中，冒顶片帮事故最多，约占全部事故类型的25%。透水事故约占事故总量的2%～3%，虽然数量不多，但每起透水事故死亡人数多、危害特别巨大。因此，在小工山铜矿技改工程安全预评价中，运用事故树分析法重点分析了这两种类型的事故。

2 小工山概况

小工山铜矿，位于南陵县城260°平距约15 km，行政区划属芜湖市南陵县工山镇，矿山位于高岭村小工山。该矿始建于1970年，设计生产能力5万t/年，现有生产系统在0 m以上，矿山提升、通风、排水、供电、采掘等系统已形成。矿井的原先的开拓方式为采用平硐+盲竖井开拓方式，采矿方法为浅孔留矿法。本次技改工程建设，全部利用现有工程设备、设施进行生产施工。技改工程结束后，新建主提升井作为混合提升井、进风和安全出口用，改造现主井为风井(-50m以上)，作为第二安全出口和回风井用，待深部探矿工程结束后再作进一步设计；对矿井通风、提升、运输、排水等系统均需改造。

3 事故树分析

事故树分析(Fault Tree Analysis，简称FTA)是安全系统工程中常用的一种分析方法[2]。它通过演绎推理，把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用事故树表示出来，运用定性分析与定量分析，进而找出事故发生的主要原因，为确定安全措施提供可靠依据，以避免事故的发生。FTA作为安全分析评价和事故预测的一种先进的科学方法，已得到国内外的公认和广泛采用。

事故树分析的基本程序[3]如图1。

图1 事故树分析的工作程序

3.1 冒顶片帮事故树分析

矿山施工井巷较多，发生的冒顶片帮事故所占的比例最大。在对已发生的井巷施工冒顶片帮事故调查的基础上，结合有关理论与经验，本评价构建了井巷施工冒顶片帮事故树[4](见图2)，对冒顶片帮事故产生的原因进行事故树分析，以便提出有针对性的对策建议。

(1)最小割集。事故树结构函数如下：

T=A·B·C =(X1+X2+X3)(X4+D+E)(X5+X6+X7+X8) =(X1+X2+X3)(X4+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17)(X5+X6+X7+X8)

可得出120组最小割集。

(2)最小径集。成功树结构函数如下：

T ＇=A＇+B＇+C ＇ =X1＇X2＇X3＇+X4＇X9＇X10＇X11＇X12＇X13＇X14＇X15＇X16＇X17＇+X5＇X6＇X7＇X8＇

可得到三组最小径集：

P1={X1，X2，X3}：

P2={X4，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17}：

P3={X5，X6，X7，X8}。

(3)结构重要度。根据结构重要度的判定原则，各基本事件结构重要顺序为：

Iφ(1) =Iφ(2)=Iφ(3)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)>Iφ(4) =Iφ(9) =Iφ(10) =Iφ(11)=Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14) =Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)

图2 冒顶片帮事故树

(4)从以上分析可知，井巷施工冒顶片帮事故树有l20组最小割集，最小割集比较多，发生事故的途径比较多，顶上事件发生的可能性比较大。

在井巷施工冒顶片帮事故树中，最小径集有3个，提供了3条控制该事故发生的基本途径，即从地质条件、施工和管理三个方面入手来防止井巷冒顶片帮事故的发生。

3.2 透水事故树分析

大气降水是地下水和地表水的主要来源，如地面无防排水措施和设施，地表水可通过裂隙、井巷等通道涌入井下；矿井水文地质不清，没有防水、探水措施和设施，采掘揭露老窿、废巷水体会造成突水事故[6]。

矿井水灾事故树，如图3所示。

图3 矿井水灾事故树

(1)最小割集。事故树结构函数如下：

T=A1·A2·A3=(B1+B2+B3)(X6+X7+X8)(B4+B5+X13)

可得出90组最小割集。

(2)最小径集。成功树结构函数如下：

T＇=A1＇+A2＇+A3＇

此事故树的最小径集共4个：

{X2X3}、{X6X7X8}、{X9X11X13X12X10}、{X1X4X5}

(3)结构重要度。根据结构重要度的判定原则，各基本事件结构重要顺序为：

Iφ(2)>Iφ(3)>Iφ(4)=Iφ(7)>Iφ(5)=Iφ(8)>Iφ(1)=I(φ6)>Iφ(11)=Iφ(13)=Iφ(12)>Iφ(10)>Iφ(9)

(4)从以上分析可知，容易发生透水事故的主要场所为掘进工作面、开采工作面、采空区、废弃的井巷；透水事故为破坏性的，事故一旦发生，会造成灾难性个体与群体伤害事故。地面防排水系统不完善，会导致地表径流涌入井下；井下防排水系统不完善会导致淹井事故。

4 安全对策措施与建议

4.1 防止冒顶片帮的对策措施与建议

针对小工山铜矿采矿技改工程进行安全评价中运用冒顶片帮事故树分析发现存在的问题，提出了相应的安全措施及建议，主要包括以下几个方面：

(1)加强顶板管理[5]。顶板管理主要是对顶板的监测控制，就是应用各种手段和方法，对井下采矿过程中所形成的空间、围岩进行分析，掌握其变形、位移等的变化情况和规律，获得其大面积冒落前的各种征兆，以便制定相应的防范措施，保证作业人员和设备的安全；

(2)矿山深部开拓系统完成后，应安排采矿方法试验。通过试验校正采场结构参数，选择合理的开采顺序；

(3)巷道布置合理，上一个生产水平的巷道要处在下一个生产水平的开采移动带外；

(4)应对采场进行安全检查(顶板稳固情况、安全出口等)，然后方可作业；

(5)对于不稳固的采场顶板或掘进作业面，应采用喷锚、喷锚网等适当方法支护；

(6)根据矿山地质条件、岩石力学的参数以及大量监测数据和经验，跟踪修正矿块的结构参数、回采顺序和爆破方式等，控制地压活动，减少冒落的危害；

(7)矿山应对矿柱进行应力、变形观测，当应力增加较大时，应编制与采矿计划相应的地压动态图；

(8)根据采场结构、面积大小，结合破碎带的位置、走向、矿石的品位高低等要素，在矿岩中选留合理形状的矿柱和岩柱，以控制地压活动，保护顶板。在矿柱中，必须保证矿柱和岩柱的尺寸、形状和直立度，应有专人检查，以保证其在整个利用期间的稳定性。

4.2 防范透水的措施与建议

针对小工山铜矿采矿技改工程进行安全评价中运用冒顶片帮事故树分析发现存在的问题，提出如下安全措施及建议。

(1)对塌陷范围内山间溪流等地表水要进行处理，防止地表一旦塌陷，地表水灌入井下，造成透水事故；

(2)对工业场地要进行重点防护，加强各种防洪沟、排水沟的同步建设，防止地表水(特别是雨季降水多)直接沿井口进入井下[7]；

(3)在井巷工程施工中，加强探水或超前探水工作。凡遇到可疑地点，如断层、破碎带等有出水可能的地段，特别注意岩溶发育地段，必须先打探水孔，探明水源，采取措施后方能继续掘进；

(4)为了防止可能发生的透水事故，应制定水害治理的措施；

(5)开采方案中水泵型号、水仓容积是按照本矿涌水量进行计算的。在实际上，随着开采深度的延伸，实际涌水量可能增大，因此在下步设计中要按照漏斗效应涌水量布置排水设施、选择排水设备；

(6)小工山矿开采年限较长，且为整合矿山。由于前期开采活动很不规范，存在很多老窿、废巷未处理，在后期开采时，要对老窿、废巷进行排查及探放水作业，防突水事故；

(7)矿山在前期开采过程中曾发生过小的突水事故，因此矿山需制定透水事故应急救援预案，并报当地安全监管部门备案；

(8)根据有关规范规定，井下防排水系统应留足防水矿(岩)柱，布置防水闸门。

5 结语

通过运用事故树分析法，对该地下开采建设项目的井巷施工冒顶片帮、矿井水灾进行了分析，明确冒顶片帮与水灾的原因与防治措施，矿山在以后的施工过程中只要严格采取相应的对策措施，是可以保证安全的。

[1]范维唐.我国安全生产形势、差距和对策[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2]张景林，崔国璋.安全系统工程[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

[3]隋鹏程，陈宝智，隋 旭.安全原理[M].北京：化学工业出版社，2005.

[4]王文才，岑 旺，巴 蕾.矿山冒顶片帮灾害事故树分析[J].金属矿山，2010(3):142～144.

[5]刘 涛，叶义成，王其虎，等.非煤地下矿山冒顶片帮事故致因分析与防治对策[J].化工矿物与加工，2014(2):24～28.

[6]刘伟韬，刘士亮.基于事故树定量分析法的煤层底板突水危险性评价[J].煤炭技术，2015,34(9)：186～188.

[7]李 昊，李明珠，张俊虎.煤矿水害防治中事故树分析法的应用研究[J].华北科技学院学报，2015,12(4)：48～52.

2015-12-07

侯建华(1974—)，男，河南焦作人，工程师，三级安全评价师，主要从事安全评估工作。

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1674-9944(2015)12-0248-03