煤矿掘进工作面瓦斯爆炸的事故树分析

施书磊

（安徽理工大学经济与管理学院， 安徽淮南232001）

煤矿掘进工作面瓦斯爆炸的事故树分析

施书磊

（安徽理工大学经济与管理学院， 安徽淮南232001）

瓦斯爆炸灾害事故是我国煤矿最严重的灾害事故之一,通过构建煤矿掘进工作面瓦斯爆炸事故树模型，求解了事故树的最小径集，分析了事故树的结构重要度;其结果表明：隔离瓦斯和引火源是防止瓦斯爆炸的最有效途径，此外，及时发现瓦斯超限并妥善处理也能避免瓦斯爆炸的发生。

煤矿；瓦斯爆炸；掘进工作面；事故树

1 引言

2006年至今全国煤矿共发生29起特别重大事故（见表1），造成1 317人死亡[1]，其中瓦斯爆炸事故14起，死亡741人，事故起数和死亡人数分别占总事故的48.3 %和56.3 %，可见瓦斯爆炸事故是我国煤矿最严重的灾害事故之一。2016年12月03日，内蒙赤峰市宝马煤炭物资有限责任公司宝马矿业公司煤矿发生一起瓦斯爆炸特别重大事故，造成32人死亡。煤矿瓦斯爆炸重大事故的频发不但造成矿工生命和国家财产的巨大损失，而且也影响了我国的国际声誉。为了减少和防止煤矿瓦斯爆炸重大灾害事故的发生，需要科学、系统地找出导致煤矿瓦斯爆炸灾害发生的各种关键影响因素和途径，采取有效措施切断导致事故发生的关键环节，对防止事故发生极其重要。本文利用事故树分析法对煤矿掘进工作面瓦斯爆炸事故进行分析，并提出预防瓦斯爆炸的措施。

表1 2006年至今全国煤矿发生的特别重大事故统计[1]

2 瓦斯爆炸致因分析

瓦斯浓度达到5 %～16 %，氧气浓度在12 %以上，当遇到火源（瓦斯最低点火温度650-750 ℃）或火花（瓦斯最低点火能0.28 mJ），就会发生爆炸[2]。瓦斯爆炸会产生高温火焰（温度可达2 000℃）、爆炸产生冲击波（最高达1.2 MPa），并造成矿井空气成分改变。高温火焰造成人员皮肤、呼吸器官和消化器官粘膜烧伤，并造成电气设备毁坏，形成二次火源，引起火灾。爆炸冲击波可造成人员创伤直至死亡；造成设备毁坏、支护破坏、顶板冒落、破坏通风系统。瓦斯爆炸使氧气浓度降低，造成人员窒息；分解出的有毒有害气体使人中毒死亡，并产生新的爆炸性气体，存在二次爆炸的可能，进而引起煤尘爆炸。

煤体内的瓦斯赋存状态有游离和吸附两种，在煤层中一般处于平衡状态，当采掘工作面进行作业时，煤层中游离瓦斯和吸附瓦斯的动平衡状态遭到破坏，原来处于吸附于煤体中的瓦斯开始解吸为游离瓦斯，在一定时间内发生单方向的转化，在压力的作用下向采掘工作面空间释放，形成瓦斯积聚，在有引爆火源时会发生瓦斯爆炸。

发生瓦斯爆炸的主要原因有：矿井通风异常。主扇风机供电系统不可靠，备扇不能及时启动运转，造成矿井停风；通风设施受到破坏或通风网路上出现单道风门，造成采掘工作面风流短路，采面微风（无风）、掘进面的局扇风机喝循环风；掘进工作面局部通风机供电系统不可靠，无计划停电、停风；不合理的串联通风；掘进巷道贯通没有及时调整通风系统;若采、掘工作面生产布置过于集中在一翼或一个水平，造成通风阻力增大，井下用风地点调配风量困难。如果网路结构不合理，可能会出现角联风路，造成微风区域或无风段出现瓦斯积聚，一旦有火花产生，就会导致瓦斯爆炸;掘进工作面局部通风机无计划停电、停风，没有备扇或采掘供电没有分开，造成工作面迎头停风引起瓦斯积聚;预防措施不当。采面回风隅角风量小，没有采取措施进行稀释，造成局部瓦斯积聚;明火或电火花。明火放炮、糊炮、空心炮、炮眼未填炮泥、用动力线放炮，放连珠炮、炮眼里有煤粉、炸药或雷管质量差等；电器失爆，漏电保护、接地保护、过流保护失效；静电火花，机械摩擦火花，冲击产生火花等都能引起瓦斯燃烧或爆炸;瓦斯监控系统不可靠，瓦斯断电仪失效或瓦斯传感器出现故障;瓦斯管理失误。巷道贯通前未排除积存的瓦斯，贯通后没有及时调整通风系统；瓦斯检查空班、漏检、伪检；启封巷道密闭没有制定排放瓦斯措施或“一风吹”。

3 瓦斯爆炸事故树分析

现以事故树分析法对掘进工作面产生瓦斯爆炸的原因和防治瓦斯爆炸事故的各种措施加以剖析，以达到从源头上杜绝事故的发生。掘进工作面瓦斯爆炸事故树图，如图1所示。

图1 掘进工作面瓦斯爆炸事故树图

最小割集有320个，数量较多，而最小径集只有6个，因此用最小径集进行分析。

最小径集的求解：

T′=M1′+X1′+M2′+X22′ =M3′+M4′+M5′+X1′+M6′X2′X3′X4′M7′+X22′ =X19′X20′X21′X5′+X6′X7′X8′X9′+X10′X11′+X1′+X12′X13′X14′X2′X3′X15′X16′X17′X18′X4′+X22′

最小径集的组合为：

P1={X19，X20，X21，X5}；

P2={X6，X7，X8，X9}；

P3={X10，X11}；

P4={X1}；P5={X12，X13，X14，X2，X3，X15，X16，X17，X18，X4}；

P6={X22}。

结构重要度大小为：

IФ（1）=IФ（22）=1

IФ（2）=IФ（3）=IФ（4）=IФ（12）=IФ（13）=IФ（14）=IФ（15）=IФ（16）=IФ（17）

=0.125

结构重要度大小排列如下：IФ（1）=IФ（22）>IФ（10）=IФ（11）>IФ（6）=IФ（7）=IФ（8）=IФ（9）>IФ（5）=IФ（19）=IФ（20）=IФ（21）>IФ（2）=IФ（3）=IФ（4）=IФ（12）=IФ（13）=IФ（14）=IФ（15）=IФ（16）=IФ（17）=IФ（18）

事故树最小割集有320组，说明顶上事件发生的途径有320条。事故树最小径集有6组，其中任何一组最小径集的基本事件都不发生，顶上事件就不可能发生。因此这个系统有6条控制顶上事件发生的途径。

从6组最小径集分析可以看出，P4和P6中的基本事件最少，其次是P3的基本事件较少。但是氧气无法控制，所以首先选择P6作为控制顶上事件发生的途径，即隔离瓦斯和引火源，其次可选择P3作为控制顶上事件发生的途径，这说明及时发现瓦斯超限并妥善处理也能避免瓦斯爆炸的发生。

4 瓦斯爆炸预防措施

4.1 建立健全瓦斯安全检查制度

根据相关规定,矿井瓦斯等级需每年鉴定，结果报省煤炭生产安全监督管理局备案。因此矿井应建立完善的瓦斯检查制度，加强安全检查和监测工作，不断完善安全监测监控系统，使其技术水平满足本矿的发展要求，并应有适当的超前。

4.2 建立瓦斯安监系统

在采掘工作面以及与其相联接的上下顺槽中设置瓦斯报警仪，监测风流中的瓦斯动态，并将信息及时传送到地面控制室。在主要工作地点设置瓦斯断电仪,当采掘工作面及其他作业地点风流中，电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5 %时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，查找原因，及时处理。

4.3 通风

通风是防止瓦斯积聚的行之有效的方法，矿井通风必须做到有效、稳定和连续不断，防止生产过程中瓦斯浓度超限，使采掘工作面和生产巷道中瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》要求。为避免掘进工作面停风，局部通风机应采用双风机、双电源，安设“三专两闭锁”设施，使用高效局部通风机，并制定严格的局部通风管理制度。如启封密闭必须制定专门安全措施，报总工程师审批后方可启封，无安全措施不得随意启封。

4.4 防止瓦斯引燃

要努力杜绝引爆火源，严格按照规程要求进行井下电气设备和电缆的选型、使用和维护，防止电气火花,严格控制和加强管理生产中可能引火的热源。采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0 %时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0 %时，严禁爆破；采掘工作面及其他巷道中，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0 %时，附近20m内必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0 %以下时，方可恢复供电。

4.5 防止瓦斯爆炸事故扩大[3]

回风井口设置防爆门，以防冲击波毁坏风机；井下设置隔爆水棚,及时处理局部积存的瓦斯。如回采工作面上隅角、冒落空洞等处发现瓦斯超限，要及时采取加强局部通风等措施。

[1] 国家安全生产监督管理总局.事故简况[EB/OL].[2017-02-15]http://media.chinasafety.gov.cn:8090/iSystem/shigumain.jsp

[2] 林柏泉,朱传杰,江丙友, 等.煤矿瓦斯爆炸机理及防治技术[M].徐州: 中国矿业大学出版社, 2012.

[3] 林柏泉,翟成.煤炭开采过程中诱发的瓦斯爆炸机理及预防措施[J].采矿与安全工程学报, 2006, 23（1）: 19-23.

2017-02-15

施书磊（1990-），女，江苏东台人，在读硕士，研究方向为经济管理,电话：17775209036。

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B

1671-4733（2017）01-0017-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2017.01.006