基于鱼刺图-事故树的透水事故分析与防治

刘 玲

(大同煤矿集团有限责任公司大斗沟煤业公司，山西 大同 037001)

0 引言

我国煤矿随经济发展而日益进步，由于受到技术发展、地质条件、管理因素等多方面的影响，煤矿事故时有发生。其中，透水事故是比较常见且危害较大的一类事故，一旦发生可能造成大量人员伤亡和环境破坏，甚至直接导致矿井无法再次投入生产，所带来经济和社会影响都十分巨大[1-3]。为了减少矿井透水事故的发生几率，有必要对引发透水事故的因素进行深入研究，以提高透水事故的预测和防治能力。

1 煤矿透水事故致因分析

1.1 矿山透水事故发生机理

矿井透水事故的发生需要地表径流、地下水等透水水源与矿井生产系统进行贯通，并涌水量超出可控范围就导致透水事故，即透水事故发生的3要素为：水源、通道、规模[4-6]，如图1所示。透水事故发生的本源是水源，即主要井田范围内存在可能引发透水事件的水源，如地表水、地下河、含水层、积聚的老坑水等，才有可能导致透水事故；其次，透水事故的发生需要这类透水水源能够进入矿井，即透水通道；再次，井下透水只有超出矿井自身排水系统负荷，才会被称为透水事故。

图1 矿山透水事故的发生条件

1.2 影响矿井透水的因素

矿井透水的水源分自然水源和人为水源2种。

自然水源：自然水源一般分为地表水和地下水，大气降水和地表水与矿井形成5 m以上的隔水层是无法进入矿井的，但是地表水源是地下水、含水层的主要补充源；地下水源根据矿层的接触分为直接充水矿床和间接充水矿床；根据围岩性质不同，各类充水矿床赋存条件也各不相同，分为砂砾石孔隙充水矿床、坚硬岩层裂隙充水矿床和岩溶充水矿床。

人为水源：人为水源有袭夺水、老空水等，袭夺水主要是由于开采活动造成地下水流场发生改变形成袭夺水源；废弃井巷、采空区等处大量积水，水源无法循环流动积聚在采空区和井巷，形成老空水。矿井透水通道，通常褶曲、断层以及顶板冒落裂隙带、地面岩溶塌陷带等地质构造易含水，并与含水层及地表水贯通；同时未封闭或封闭不严的勘探钻孔也有可能构成透水通道。

2 透水事故分析及防治措施

2.1 鱼刺图分析

鱼刺图分析法：鱼刺图分析法通过带指向性的线条和文字标识将事故结果和发生原因构成逻辑因果关系并构成因果分析图，由于该分析法展开后的图形形状而被称为鱼刺图[7-9]。鱼刺图法的优点在于能够进行单一事故深入分析，也可以将多事故综合处理，查找事故发生原因。鱼刺图法通常将事故原因及因素分为人、物、环境和管理4个方面进行展开，每个支线再进行展开，通过箭头表示逻辑关系，最终与基本事件、主要因素连接。

鱼刺图绘制：鱼刺图分析法是在事故致因理论的基础上，结合以往透水事故统计数据，并根据影响因素属性，分为了人、物、环境和安全管理4个方面展开分析，绘制煤矿透水事故的鱼刺图，如图2所示。从图中可以看出，“鱼头”部分即事故对象，煤矿透水事故；四个主要的“鱼刺”即影响事故发生的主要因素，人的因素、物的因素、环境因素和管理因素；一些小的“鱼刺”则是每个主要因素下的具体事件。后面将对这些事件及一些主要的防治措施进行阐述。

图2 煤矿透水事故的鱼刺图

2.2 事故树分析

事故树分析法：事故树分析法在危险源辨析的基础上将影响事故产生各类中间事件，基础底事件(诱因)通过逻辑关系构成逻辑严密、思路清晰的事故树分析模型，它可以建立已产生的事故或可能发生的事故，能够从根本查找事故产生的直接原因，或根据事故树模型对关键影响因素进行控制，避免事故发生[10-13]。事故树分析可以完成定性分析，也可以通过底事件、中间事件的发生概率进行定量分析，确定关键致因。

层次分析模型：通过将煤矿透水事故定义为顶上事件，将人、机、环境、管理作为4个中间事件，将导致透水事故产生的各类基础事件{X1法律意识淡薄；X2危害认识不足；X3思想麻痹;X4心存侥幸；X5专业知识缺乏；X6越界开采；X7未进行探放水；X8数量不足;X9设备年久失修;X10安全投入不足;X11排放水设备不符合标准；X12地质资料不全；X13排水系统设计不合理；X14井筒位置不合理；X15人为水源；X16自然水源；X17地质条件；X18透水通道；X19制度不健全；X20监督不到位；X21应急预案不到位；X22安全培训不到位；X23雨季防洪不到位；X24探放水不到位}等事件定义为底事件，将煤矿透水事故树模型构成一个4层的层次分析模型，如图3所示。

求解分析：事故树中最小割集是事故树中顶上事件发生的必要条件，各最小割集构成了导致事故发生的各类诱因组合方式，也可以表述为引发顶上事件的最小基本事件的集合。可以通过布尔代数法确定煤矿透水事故的各个最小割集。

图3 煤矿透水事故分析模型示意图

T=M1·M2·M3·M4

T=(X1+…+X7)·(X8+…+X14)·

(X15+…+X18)·(X16+…+X24)

T=X1·X8·X15·X16+…+X7·X14·X18·X24

(1)

通过最小割集求解，可得到最小割集1 176个。这些最小割集代表了能够引发矿井透水事故发生的最小数量事件的集合。相反为了避免顶上事件的发生，可以通过最小径集的方法确定能够避免顶上事件发生的各类基础事件集合。

T′=M1+M2+M3+M4

T′=X1·X2·X3·X4·X5·X6·X7+X8·X9·X10·X11·X12·X13·X14+X15·X16·X17·X18+X19·X20·X21·X22·X23·X24

(2)

可得出最小径集为4个，通过最小割集和最小径集的分析，可以确定已发生事故是如何产生的，也可以确定如何最大限度控制隐患，确保矿井生产安全，避免井下水害影响。

2.3 防治措施

人的方面：透水水源是一种客观存在，人们通过生产活动改变井下作业空间，与透水水源建立贯通的导水通道，如非法生产、超层越界开采、破坏防水设施等。从某种意义上，透水事故主因是井下作业人员安全意识淡薄，违章指挥和违章作业。所以，如何提高人员安全意识、安全防透水技能，是井下防治水害的主要控制手段之一。首先，通过安全意识教育，提高对水害防治重要性的认知，杜绝不必要的不安全行为；同时加强安全技能培训，提高井下作业人员能够及时发现透水事故的能力和自救技能。

物的方面：通常指的是矿井排水系统和排水设施状况，该环节实际上是井下防治水害的最后一个环节。为了在水害发生或者井下出现涌水现象后，能快速有效地进行井下排水，区域密闭防止灾害扩大。因此，防水墙、防水闸门、防水密闭、保安矿柱等防水设施的选择和设计，以及井下排水设备选型，都应在充分考察矿井所在区域降水和井下水文地质的情况下，合理进行设计和施工，满足相关规定要求和矿井防治需要。

环境方面：透水事故的伤害源为实际存在的透水水源，该环节是客观现象，无法直接消除。为了避免透水事故的发生，需要主动控制和远离透水水源。应注意井下防洪措施，加强雨季巡查，制定专项应急处置措施；矿井在工作面以井巷布置应远离地表水及透水通道发育区域，避免与地表水源贯通；对地下水方面的控制，也应进行有效规避，为此应加强水文地质探查，充分了解矿井及附近水文地质状况。

安全管理方面：一切井下作业活动的前提都是在组织管理下进行的，有效的安全管理能够最大程度控制人的不安全行为和物的不安全状态。首先应落实“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水文探查制度，加强安全监管力度，落实各项安全管理制度，建立各项专项处置及撤离方案；加强对管理及作业人员的安全培训，提高管理及作业人员法律及安全意识，有效避免不安全行为的发生，同时加强安全技能培训。

3 结语

在分析煤矿透水事故发生机理、发生原因的基础上，以“鱼刺图”分析法为基础，绘制了煤矿透水事故鱼刺图，为现场提供了有力、有理的分析方法，方便安全管理人员和技术人员在复杂的因素中迅速、有效地判断潜在风险。通过事故树分析法对矿井透水事故进行分析，在鱼刺图分析的基础上，对导致井下透水事故的各类致因进行分析，构成事故分析模型，并通过最小割集确定事故发生的各类原因，以及通过最小径集确定如何有效避免透水事故发生，确保矿井生产安全，并提出了针对性措施以提高井下水害防范能力。