基于事故树的山西省矿井透水事故分析

杨志强

(大同煤矿集团有限责任公司同家梁煤矿，山西 大同 037003)

0 引言

煤矿水害事故仍然在井下事故中占有很大的比重，而且事故经常伴随人员的伤亡事件，也严重影响正常生产秩序[1-3]。山西省煤矿赋存条件较为复杂，而且大多数矿井受到老空水、地表水和岩层充水矿床等不同因素影响，各类水害危害程度和影响范围都极其严重和复杂。为了避免事故的发生，有效建立健全井下水害防治体系，科学预测、预防矿井水害，是十分必要的。为此，在研究透水事故产生的关键因素的基础上，通过事故树分析理论对矿井水害问题进行分析，并根据分析结果提出相关管控措施，以期为井下防治水工作提出一定的参考。

1 山西煤矿常见透水事故致因分析

1.1 矿井地质、水文资料缺失

矿井生产过程中地质资料缺失，水文地质资料不全，水文地质勘探可靠性差等问题，会极大影响矿井的安全生产[4-6]。山西很多矿井存在转让、整合等问题，矿井转让过程不仅会造成地质、水文地质以及生产相关图纸、资料缺失，对构造安全隐患的问题无法及时发现，而且整合矿井相对构造较为复杂，如果不能及时进行大量的钻探、物探等水文勘测，水文勘探结果会受结构起到参考作用较为有限；部分矿井最初阶段建设周期短以及投资少，为了快速生产，水文探测工作和资料有效性存在质疑。

1.2 矿井生产存在安全意识淡薄

事故致因理论认为人是导致事故产生的最主要因素，而矿井的实际生产过程中，从领导管理层到生产一线操作人员都存在着一定的安全意识淡薄现象，部分矿井存在非法开采、越界开采、安全投入不足、排水设施不达标。人员在生产过程中存在防水害知识匮乏，思想麻痹、心存侥幸、法律意识淡薄、对矿井水害的危害认识不足等问题。人们对水害防治工作认识不足，尤其存在于基建阶段的整合矿井，最近十年山西省出现的透水事故中接近60%的事故发生在基建阶段的整合矿井。在地质资料缺失的情况下进行井筒、井下开采方式的大规模改造，以及为了及时回收投入而违规赶工期、违反安全操作规程作业问题时有发生。

1.3 煤矿水害防治工作的管理缺失

按照《煤矿安全规程》等规范中要求，井下作业活动都应在进行有效的安全管理和组织时进行，对于矿井水害防治工作应做到“预测预报、有疑必探、先探后采、先治后采”的探测和作业原则。但是工作过程中，存在部分矿井违反上述原则，安全意识淡薄，过分注重生产，忽视安全问题，同时缺少专业防治水的专业技术人员，甚至多数为新从业人员、兼职防治水专业人员的现象，业务水平差，分析和处置能力有限，对事故处置和评价水平低等问题。

2 事故树分析模型及防控措施

2.1 事故树模型介绍

事故树分析是一种十分有效便捷的安全性分析法，一方面能对已发生的事故进行致因分析，另一方面查找事故隐患进行安全预防工作[7-10]。其通过对危险源进行辨识，并将影响事故最终发生的各类隐患、中间事件通过逻辑关系相互关联起来，查找事故的直接原因；对事故树模型的建立通常使用层次分析法(AHP)进行，将事故作为评价总目标，逐级展开分解，最终到达底层事件。这两种方法相互结合不仅能查找事故根本原因，也可以对系统状态进行分析定性，通过底层事件发生概率进行定量分析，确定系统中或者关联事件中的关键控制点。

2.2 影响煤矿透水事故发生因素分析

通过事故致因理论，引发事故产生的因素可以概括为人、机、环境和管理4类因素，即人的因素、设备和其他物质因素、环境因素和安全管理因素是导致事故产生必要原因，根据能量交汇理论，这4类状况同时出现状况才会最终导致事故的发生。

人的因素：人是社会活动的主体，而一切问题的来源都会受到人的行为和意识影响，即人的安全意识和不安全行为会对事故产生极大的影响。将导致透水事故人的因素分为：B1人的生理心理因素、B2安全意识淡薄、B3法律意识淡薄、B4三违行为。

物的因素：通常物的方面指的是矿井中用于井下排水的设备与设施状况，即矿井设计不合理、探测设备问题、排水设备不足或不达标、排水设施设计不合理等问题都会影响最终矿井抵御水害侵蚀的最后结果。如何有效快速排出井下涌水、封闭涌水区域、控制灾害影响范围是十分必要的。对B5排水系统设备不合理、B6水文地质探测缺少、B7排水设备不足、B8排水设施和设备不达标进行分析。

环境因素：井下环境对矿井水害事故而言是伤害的直接来源，它是客观存在的现象，随开采不断的深入该环节引发事故发生的概率和危害程度会不断增加。对环境因素的分析主要集中在：B9透水水源、B10地质构造、B11围岩性质。

管理因素：矿井的一切与生产相关的活动都是在组织管理之下展开的，而安全管理问题是导致作业人员直接触发不安全行为的隐形诱因，不健全的安全管理体系、人员缺乏专业技能和意识都是由于日常培训缺少导致的。由此对管理方面的分析：B12人员培训、B13管理体系、B14监督体系、B15应急预案不到位。

2.3 煤矿透水事故树分析模型

构造层次分析模型：将煤矿透水事故作为事故树分析的顶上事件，将导致事故产生的因素分为4类，再将导致煤矿透水各类直接诱因与上述准则层相互关联，形成一个3层的层次分析模型，构造出煤矿透水事故树分析模型，如图1所示。

各层分类：①目标层(T)。煤矿透水事故；②中间事件(A)。A1人的因素、A2物的因素、A3环境因素、A4管理因素；③底层事件(B)。B1人的生理心理因素、B2安全意识淡薄、B3法律意识淡薄、B4三违行为、B5排水系统设备不合理、B6水文地质探测缺少、B7排水设备不足、B8排水设施和设备不达标、B9透水水源、B10地质构造、B11围岩性质、B12人员培训、B13管理体系、B14监督体系、B15应急预案不到位。

图1 煤矿透水事故树模型

2.4 最小割集分析

布尔代数法求解：事故树分析过程中，能够满足顶上事件发生的充分必要条件称为最小割集，也就是能够引发顶上事件发生的最小因素的集合。通过布尔代数法对该事故树模型的最小割集进行求解。

T=A1·A2·A3·A4

(1)

T=(B1+…+B4)·(B5+…+B8)·

(B9+…+B11)·(B12+…+B15)

(2)

T=B1·B5·B9·B12+…+B4·B8·B11·B15

(3)

求解结果分析：该事故树的最小割集数量为192个，即事故树存在192种组合能够导致矿井透水事故的发生，而相反为了避免透水事故的发生，对事故树的逻辑关系进行转换，形成成功树，即顶上事件转换为透水事故不发生。为避免事故发生，至少需要阻断人、物、环境和管理4个准则层的任一状况发生，就是做到对人员、设备、环境和管理任一环节管控都没有缺少，才可以有效避免事故最终产生。

2.5 煤矿透水事故的控制措施

通过对矿井透水事故树的分析，引发矿井透水事故的最终原因集中在人、物、环境和管理4个重大环节上，而人员和管理是相互关联的，需要对避免透水事故发生进行综合控制。

加强人员综合素质：确保人员熟知井下安全法律法规、各类矿井透水常识，具有判别水害发生征兆的能力，具备紧急处置措施以及自救互救的能力。

提升安全培训效果：安全培训过程中，提高员工学习积极性，改变单一教学方式，采用互动教学、知识竞赛等多元化教育方式。

加大矿井安全投入：根据需要及时调整矿井排水防治设施，及时引进新型有效的防治水技术。

加强水文地质探测力度：尽可能精确地确定岩层状况和岩层中含水层状况，合理布置工作面和井巷布局，避免水害侵蚀。

合理制定应急预案：确保防治水应急预案的合理性和有效性，应满足《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》相关规定。

建立健全安全监督机制：切实落实安全管理制度和安全培训执行状况，定期和不定期对人员、设备和管理状况进行监督检查，建立良好的平级监督、上下级监督关系，落实监督奖罚制度。

3 结语

在事故致因理论的基础上，通过事故树分析法对影响矿井透水事故产生的各类因素进行总结和归纳，建立矿井透水事故分析模型。并通过最小割集求解，得出能够导致矿井透水事故发生的组合方式达到192个，而通过对人、物、环境和管理4个方面任一方面的完全管控就能有效避免矿井透水事故的发生。在此基础上，提出一些对煤矿透水事故的控制措施用以避免危害的产生，确保矿井的安全生产。