霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树分析

李兵伟

1.山西霍尔辛赫煤业有限责任公司；2.河南理工大学能源科学与工程学院)

霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树分析

李兵伟1,2

1.山西霍尔辛赫煤业有限责任公司；2.河南理工大学能源科学与工程学院)

为了详细分析霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸存在的危险性，基于瓦斯爆炸理论和事故致因理论，建立了霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树模型，进行定性与定量分析，求出最小割集、最小径集及结构重要度，得出了导致瓦斯爆炸的原因，为防止煤矿瓦斯爆炸提供一定借鉴，对指导煤矿安全生产具有重要意义。

瓦斯爆炸 事故树分析 最小割集 最小径集 结构重要度

瓦斯爆炸事故在我国煤矿事故中居首位，伴随着开采深度的加大，事故日益增多并严重[1]。据统计，2008—2013年我国发生瓦斯爆炸事故122起，占事故总数的39.86%，死亡1 354人，占死亡总数的54.05%[2]。瓦斯爆炸会造成巨大的人员伤亡和财产损失，具有恶劣的社会影响。如2011年3月12日贵州六盘水新成煤矿发生瓦斯爆炸事故，造成19人死亡；2012年8月29日四川肖家湾煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成48人死亡，54人受伤，直接经济损失4 980万元；2013年4月20日吉林庆兴煤矿突发瓦斯爆炸事故，造成18人遇难，18人受伤。由于瓦斯爆炸事故的复杂性，国内外学者对其进行了大量的研究，结果表明借助安全系统工程中的事故树分析法(FTA)对瓦斯爆炸事故进行系统分析是很好的办法[3-7]。因此，在前人的研究基础上，根据瓦斯爆炸理论及瓦斯爆炸事故的调查资料，针对山西霍尔辛赫煤矿煤层瓦斯含量大、煤尘具有爆炸危险性等特点，总结引起煤矿瓦斯爆炸事故的基本事件，运用事故树分析法，对霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸原因进行详细、全面、深入地分析研究，保证煤矿日常高效生产。

1 事故树基本理论

事故树分析(Fault Tree Analysis，简称FTA)是安全系统工程中利用事故树的树形图表示系统中可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间存在的逻辑关系，通过定性与定量分析，找出事故发生的主要原因，最终为系统确定安全对策提供可靠依据的一种最为常用的分析方法[8]。事故树分析法具有图形演绎、灵活性强、定量化分析、准确性高等特点。事故树分析的一般程序包括：熟悉系统、调查事故、确定顶上事件、调查原因时间、建立事故树、简化事故树、定性与定量分析、制定相应安全措施等。具体操作流程见图1。

图1 事故树分析流程

2 瓦斯爆炸事故树建立

霍尔辛赫煤矿井田位于山西省长治市长子县城东南约5 km处，工业场地位于南鲍村东北侧约80 m 处，地理坐标为东经112°53′11″～112°57′20″，北纬36°03′03″～36°08′47″，井田面积为71.394 7 km2，开采3#煤层，生产能力为400万t/a。3#煤层前期开采二、三盘区时最大瓦斯含量为10 m3/t；后期开采四盘区时最大瓦斯含量为10 m3/t；开采五盘区时最大瓦斯含量为12 m3/t；开采六盘区时最大瓦斯含量为15.85 m3/t；开采七盘区时最大瓦斯含量为14 m3/t；开采一盘区时最大瓦斯含量为9 m3/t；残存瓦斯含量为2.39 m3/t。3#煤层自燃倾向等级为Ⅲ级，煤尘最低着火点为370 ℃，有煤尘爆炸危险性。

针对霍尔辛赫煤矿煤层瓦斯含量大、煤尘具有爆炸危险性等特点，基于瓦斯爆炸理论及煤矿瓦斯相关资料等[9]，总结引起瓦斯爆炸事故的基本事件，根据事故树理论，编制了霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树，见图2。

图2 霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树

X1—未安装局部通风机；X2—局部通风机停开；X3—局部通风机吸循环风；X4—瓦斯涌出量大；X5—风筒漏风严重；X6—工作地点供风量不足；X7—风筒出风口距工作面超距；X8—采空区瓦斯涌出；X9—溜煤眼、溜槽底部等瓦斯积聚；X10—违章打开封闭老空区；X11—瓦斯浓度未控制在规定范围；X12—瓦斯检测监测位置未在规定范围；X13—瓦斯报警仪失效、失灵；X14—未按规定检测瓦斯；X15—明火；X16—电火花；X17—局部通风机吸循环风；X18—爆破火花；X19—撞击摩擦火花

3 事故树分析

3.1 最小割集求解

根据事故树基本理论，割集是指引起顶事件发生的基本事件的集合。最小割集是基本事件的最低限度。通过求解分析最小割集可以发现事故发生的最基本、最主要的原因，从而进行及时有效地改正。

目前，布尔代数法、行列法、矩阵法等是求解最小割集最常用、最基础的方法。布尔代数法的求解步骤：建立事故树的布尔表达式,将布尔表达式化为析取标准式，析取标准式化为最简析取标准式。

事故树的布尔表达式为

T=A1A2A3=B1B2A2A3=(C1+C2+C3)B2A2A3=X1X12X15A3+X1X12X16A3+…+X11X14X18A3+X11X14X19A3.

(1)

根据最小割集的定义对霍尔辛赫煤矿的事故树进行求解，得出该事故树共有165个最小割集。

⋮

(2)

由式(2)可知,霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸具有165种模式，即说明存在165种使霍尔辛赫煤矿发生瓦斯爆炸的基本事件组合。对应最小割集越多，说明霍尔辛赫煤矿具有瓦斯爆炸的危险性越高。

3.2 最小径集求解

根据事故树基本理论,径集是指不发生基本事件的集合。最小径集表达了系统的安全性，根据最小径集可以为系统安全的最佳方案措施的选择提供依据。

根据最小径集的定义对霍尔辛赫煤矿的事故树进行求解，该事故树的最小径集为

P1={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11} ，

P2={X12,X13,X14} ，

P3={X15,X16,X17,X18,X19} ，

P4={A3} .

(3)

由式(3)可知,霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故树有4个最小径集，最小径集越少，说明瓦斯爆炸顶上事故发生的可能性越大，霍尔辛赫煤矿越危险。

3.3 结构重要度分析

根据事故树基本理论,假设各基本事件的发生概率相等，或者不考虑各基本事件中发生的难易程度，仅从事故树的结构上研究各基本事件对顶事件的影响程度，即为结构重要度分析。

由结构重要度的定义可知：

根据求解的最小割集，判断各基本事件结构重要度如下：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11在各最小割集中均等次出现；X12，X13，X14出现次数相同；X15，X16，X17，X18，X19出现次数相同。

由此可得到I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9)=I(10)=I(11)，I(12)=I(13)=I(14)，I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)。

由上述分析求出底事件的结构重要度顺序为I(1)

由此可知，瓦斯检测监测位置未在规定范围、瓦斯报警仪失灵、未按规定检测瓦斯等瓦斯漏检对霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故的影响非常巨大，说明在日常矿井生产过程中，应该加强霍尔辛赫煤矿瓦斯的检查、控制及管理。

4 结 论

基于事故树理论对霍尔辛赫煤矿瓦斯爆炸事故的危险性进行研究，分析总结了瓦斯爆炸事故具有19个基本事件，建立了瓦斯爆炸事故树模型，求得165个最小割集和4个最小径集，通过结构重要度求解分析指出瓦斯漏检对瓦斯爆炸事故的影响较大，从而达到指导霍尔辛赫煤矿预防瓦斯爆炸事故的目的。

[1] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用手册[M].北京:煤炭工业出版社,2005.

[2] 景国勋.2008～2013年我国煤矿瓦斯事故规律分析[J].安全与环境学报,2014,14(5):353-356.

[3] 邓 明.矿井采煤面瓦斯爆炸事故树分析[J].工业安全与环保,2002,28(11):45-46.

[4] 王蒙蒙.基于事故树方法的瓦斯爆炸危险源辨识与评价[D].太原:太原理工大学,2005.

[5] 张 勇,王 超,魏明尧.基于事故树分析的煤矿掘进面瓦斯爆炸危险评价研究[J].煤炭技术,2010,29(11):70-72.

[6] 张丽丽,李诚玉.采煤工作面瓦斯爆炸的事故树分析[J].煤炭技术,2012,31(6):115-117.

[7] 张金山,王付强,程志明,等.瓦斯爆炸事故树分析[J].煤,2012,21(1):53-55.

[8] 张景林,崔国章.安全系统工程[M].北京:煤炭工业出版社,2002.

[9] 张 奇,白春华,梁慧敏.燃烧与爆炸基础[M].北京:理工大学出版社,2007.

2015-05-10)

李兵伟(1984—)，男，助理工程师，046600 山西省长治市长子县。