FTA法在煤与瓦斯突出事故分析中的应用

谢　鹏

(广东拓奇电力技术发展有限公司)



FTA法在煤与瓦斯突出事故分析中的应用

谢鹏

(广东拓奇电力技术发展有限公司)

摘要应用事故树分析法和轨迹交叉理论，结合贵州响水煤矿煤与瓦斯突出的事故实例，创建了煤与瓦斯突出事故树模型。对事故基本事件的结构重要系数进行了重要度分析，及事故树模型最小割集和最小径集分析，找出瓦斯压力大和瓦斯含量大是基本事故的主要因素；受物和人因素的双方面影响，多个子因素相互作用引起事故，为预防煤与瓦斯突出提供了科学依据。

关键词事故树分析轨迹交叉理论工程实例煤与瓦斯突出

尽管近几年煤价不断下跌，煤矿行业下滑严重，但是煤矿在我国未来20 a内一次能源供应仍占绝对主导地位。我国大多数煤矿地质构造复杂，中小型煤炭企业开采不规范，矿井条件恶劣，煤矿安全开采一直是人们所关注的问题。在国有重点煤矿中，存在高瓦斯及瓦斯突出的煤矿比例约占45%，据煤矿重特大事故统计，瓦斯事故死亡人数占全部事故死亡人数的比例高达70%以上，煤与瓦斯突出已成为我国煤矿的主要灾害。由于煤矿地质复杂且事故因素复杂多变，一直没有建立起成熟的煤矿突出事故模型及有效的煤矿突出专项危险评价方法[1]。

事故树分析(Fault Tree Analysis，简称FTA)是从结果到原因描述事故的有向逻辑树图，具有简明、直观、形象的特点。从引发事故的直接原因分析，分多项、分层次分解事故源头，在图论基础上，全面分析事故潜在因素，为系统研究工程安全问题提供预测性逻辑分析方法[2]，亦为类似事故提供系统性、准确性的定性定量的安全决策分析[3]。FTA20世纪60年代起源于美国，近几年在我国安全数学方法中运用较为广泛，成为较成熟的安全管理办法，并取得了较好的成效[4]。本文以贵州响水煤矿为例，建立了煤矿突出事故树基本模型，基于FTA 方法，为防范措施的制定提供了科学依据。

1工程应用

1.1工程概况

贵州六盘水响水煤矿是一个在建的国有特大型矿井，于2004年开始施工，设计生产能力1 000万t/a，分两期建设。一期工程设计能力400万t/a，二期工程设计能力600万t/a，属煤与瓦斯突出矿井。矿井共设计4条上山，分别为17#煤层回风上山、17#煤层皮带上山、19#煤层皮带上山、19#煤层轨道上山。

1.2事故概况

2012年11月24日10时55分，响水煤矿河西采区1135掘进工作面19#煤层皮带上山发生煤与瓦斯突出事故，23人遇难5人受伤。该上山设计长1 631 m，于2004年3月份开始施工，目前已施工1 381 m，巷道断面18.3 m2，巷顶煤层厚0.72 m。事故发生前20 min，回风巷及总回风巷瓦斯浓度达到4%，煤矿瓦斯监测系统已经检测到瓦斯浓度超标并报警，但矿井施工人员误以为是设备故障，未及时采取相应措施及撤离，造成特大安全事故。事故发生时瓦斯涌出量约4 000 m3。

1.3事故树的结构构建

利用系统安全分析方法，分层次剖析引起煤与瓦斯突出事故的原因，将事故和各层原因之间的同时存在条件、概率存在条件及或者存在条件等逻辑关系用逻辑门连接起来，应用轨迹交叉理论，得到了事故树模型构建图，见图1。

由图1可知，物的因素A1和人的因素A2为一级因素，在事故致因中占同样重要的地位。把煤与瓦斯突出事故作为顶上事件，当物的因素和人的因素同时相遇时才发生事故，相遇的概率为α。

图1　响水煤矿煤与瓦斯突出事故

2事故树分析

2.1最小割集分析

最小割集表示系统的危险性，即顶上事件发生的原因组合，为降低系统危险性采取控制和预防措施提供依据[5]。

T=A1A2α

=(B1B2)(B3+B4)α

=(C2C1C3)(X17+X18+X19+X20+X21)[(X26+X27+C4)+(X22+X23+X24+X25)]α

=[(X10+X11)(X1+X2+X3+D1+X9)(X12+X13+X14+X15+X16)](X17+X18+X19+X20+X21)[X26+X27+(X28+X29+X30+X31+X32)+(X22+X23+X24+X25)]α

={(X10+X11)[X1+X2+X3+(X4+X5+X6+X7+X8)+X9](X12+X13+X14+X15+X16)}{(X17+X18+X19+X20+X21)[X26+X27+(X28+X29+X30+X31+X32)+(X22+X23+X24+X25)]}α。

本模型最小割集为4 950个，事故树主要为5个割集组成，最多割集组合或门高达11个，意味着只要子因素不稳定，施工过程中不及时纠正不安全状态因素，系统就会处于不安全状态，触发顶上煤与瓦斯突出事件的发生。

本次贵州六盘水响水煤矿事故就是误以为预兆错误X26致使人的因素A2存在安全隐患，且没有及时纠正不安全因素状态，再加上物的因素A1，导致后期煤与瓦斯突出事件的产生。

2.2最小径集分析

最小径集表示系统的稳定(安全)性，本事故模型一共有5个最小径集，对最小径集中包含的子因素进行有计划的保护控制，及时发现不安全因素，使整个系统处于稳定状态，才能减小煤矿与瓦斯突出事故的发生，提高矿井施工的安全性。

{X1X2X3X4X5X6X7X8X9};{X10X11};{X12X13X14X15X16};{X17X18X19X20X21};{X22X23X24X25X26X27X28X29X30X31X32}。

2.3结构重要度分析

假设每个最小径集整体重要度为1，即5个最小径集整体重要度为{X1X2X3X4X5X6X7X8X9}={X10X11}={X12X13X14X15X16}={X17X18X19X20X21}={X22X23X24X25X26X27X28X29X30X31X32}=1。

设Y(x)为x事件的结构重要系数，分别计算本事故模式的23个基本事件的结构重要系数为：Y(10)=Y(11)=1/2>Y(12)=Y(13)=Y(14)=Y(15)=Y(16)=Y(17)=Y(18)=Y(19)=Y(20)=Y(21)=1/5>Y(1)=Y(2)=Y(3)=Y(4)=Y(5)=Y(6)=Y(7)=Y(8)=Y(9)=1/9>Y(22)=Y(23)=Y(24)=Y(25)=Y(26)=Y(27)=Y(28)=Y(29)=Y(30)=Y(31)=Y(32)=1/11。

即瓦斯压力大(X10)、瓦斯含量大(X11)结构重要度最大，是重中之重。

2.4煤与瓦斯事故分析

《煤矿安全规程》规定，采掘工作面进风风流中的瓦斯含量不超过0.5%，回风风流不超过1%，矿井总回风流中不超过0.75%[6]。响水煤矿在事故发生前20 min左右，回风巷及总回风巷瓦斯浓度均达到4%，此时物的不安全因素已经存在，基本事件瓦斯含量大(X11)发生，与此同时，误以为预兆错误(X26)发生，使人的因素与物的因素同时在一定的概率条件下产生，根据轨迹交叉理论，当物的因素和人的因素同时发生时，事故就会发生。

单一子因素不会导致事故产生，而是多个子因素相互作用引起，导致顶上事件发生，小则造成经济损失，大则导致人员伤亡。本事故模型中子因素有32个，但是只有5个最小径集，子因素一旦产生，若不及时消除，则容易与其他子因素共同作用，导致事故产生。

3结论

煤与瓦斯突出事故发生的主要条件为物的因素和人的因素同时发生。物的因素是煤与瓦斯突出和技术不合理相互作用的结果，当技术先进合理时，可以在一定程度上遏制事故的发生；人的因素分为管理和作业人员，都是可能引发事故的不安全因素。

煤与瓦斯突出发生的前后，地应力、瓦斯和煤层的地质构造应力与力学性质通常都有种种异常表现，矿山要将安全放在首位，坚持不懈地做好以下工作：建立完善的通风系统，始终坚持通风能力大于生产，将瓦斯含量和压力降低到国家标准之下；引进灵敏度高、误差小的瓦斯监测仪器，实时监测巷道瓦斯含量，减少事故发生；创建一个良好的作业环境，完善管理制度，实行三级教育，加强管理人员和作业人员的安全意识；做好事故预案，培养工人识别异常的能力；禁止串岗、疲劳作业和未佩戴防护措施作业；使作业人员达到“从要我安全”到“我要安全”的转变，提高安全管理效果，实现矿山的安全生产。

参考文献

[1]朱广轶,郑仰发,门兆红.地质构造影响煤与瓦斯突出的FTA方法分析[J].煤矿安全,2010,141(12)：92-94.

[2]杨成立.关于矿山泥石流的若干问题[J].有色矿山,2000,29(1):47-52.

[3]陈守坤，李希建，孙守义.事故树分析法在小屯矿煤与瓦斯突出安全评价中的应用[J].煤炭技术,2011,30(6):104-106.

[4]杨秀美,龙祖根,杨靖毅.贵州群力煤矿煤与瓦斯突出因素辨识及其事故树分析[J].煤,2011，20(5):49-51.

[5]林柏泉,张景林.安全系统工程[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[6]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社，2009.

(收稿日期2015-09-22)

Application of FTA Method in the Analysis of Coal and Gas Outburst Accident

Xie Peng

(Guangdong Topkey Power Technical Development Co., Ltd.)

AbstractTaking the the coal and gas outburst accident of Xiangshui coal mine, Guizhou provinde as an research example, the fault tree analysis (FTA) method and trajectory intersection theory are applied to establish the fault tree model of coal and gas outburst. The fault tree model is conducted minimum cut set and minimum diametral set analysis to find out the main influence factors of coal and gas outburst, and analyze the degree of important of the important structural coefficients of the accident basic events,besides that, the large gas pressure and gas contents are the important affecting factors of the basic accidents. Affecting by human factors and objects fators, the accidents are caused by the interaction of multiple factors to provide reference for the prevention of coal and gas out burst.

KeywordsFTA, Trajectory intersection theory, Engineering example, Coal and gas outburst

谢鹏(1989—)，男，516000 广东省惠州市惠城区麦兴路13号。