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事故樹分析法在煤礦水害防治工作中的應(yīng)用

文檔作者：趙磊聶建偉文檔來源：安徽省煤炭科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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2015年第40卷第5期
V01．40 No．5
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 65
doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．05．024
事故樹分析法在煤礦水害防治工作中的應(yīng)用
趙磊，聶建偉
(安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽合肥230001)
[摘要] 為進(jìn)一步提升煤礦水害防治工作的技術(shù)與管理水平，滿足當(dāng)前高速高效的煤礦生
產(chǎn)管理方式對水害防治工作所提出的嚴(yán)格要求，以淮南潘三煤礦為工程背景，采用
事故樹分析法對該礦可能發(fā)生的水害事故進(jìn)行了系統(tǒng)分析，求解了事故樹最小割
集、最小徑集，確定了引起頂上事件發(fā)生的各個基本事件的重要度，并根據(jù)事故樹
分析結(jié)果提出了幾點(diǎn)指導(dǎo)性意見，為該礦水害防治工作的開展提供了理論依據(jù)和
參考。
[關(guān)鍵詞] 煤礦水害；事故樹；最小割集；最小徑集；結(jié)構(gòu)重要度
[中圖分類號]TD745[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672_9943(2015)05 065 3
O 引 言
煤礦水害是與瓦斯、火災(zāi)、粉塵、動力地質(zhì)災(zāi)
害并列的礦井五大安全災(zāi)害之一。礦井一旦發(fā)生
水災(zāi)，輕則惡化生產(chǎn)環(huán)境，造成工作面接緒緊張，
破壞正常生產(chǎn)秩序，重則造成國家資源和財(cái)產(chǎn)的
損失，造成傷亡或淹井事故。僅在“十一五”期間，
全國就發(fā)生煤礦水害事故306起，造成1 325人
死亡。隨著國內(nèi)煤礦開采地質(zhì)條件的日益復(fù)雜化
以及全社會對煤礦開采安全重視程度的不斷提
高，如何提升煤礦水害防治工作的技術(shù)與管理水
平，降低煤礦水害發(fā)生的可能性及其影響程度，也
就成為廣大從業(yè)人員面臨的一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
1 事故樹分析法簡介
事故樹分析法是一種演繹的安全系統(tǒng)分析方
法。該分析方法以可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的事故(頂
上事件)作為分析起點(diǎn)，將導(dǎo)致事故發(fā)生的原因事
件按因果邏輯關(guān)系層層列出，用樹形圖構(gòu)成一種
邏輯模型，繼而進(jìn)行以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)的定
性或定量分析。它不但可以提供解決問題的方法，
還可提供解決系統(tǒng)安全問題的思路，其描述事故
的因果關(guān)系具有直觀明了、思路清晰、邏輯性強(qiáng)等
特點(diǎn)[1-2]o
2 事故樹分析法應(yīng)用實(shí)例
煤礦水害的形成與發(fā)生是建立在特定的環(huán)境
和條件之上的，脫離煤礦實(shí)際的分析和評價，其意
義是有限的。文章以淮南潘三煤礦作為工程背景，
簡要闡述事故樹分析法在煤礦水害防治工作中的
應(yīng)用，并根據(jù)事故樹分析結(jié)果提出了指導(dǎo)性意見，
為該礦水害防治工作的開展提供了理論依據(jù)和參
考。
2．1 煤礦水害基本情況介紹
潘三煤礦礦井地質(zhì)報告、礦井水文地質(zhì)類型
劃分報告等資料表明，影響該礦開采安全的主要
含水層由新生界松散含水層、煤系砂巖裂隙含水
層及灰?guī)r巖溶裂隙含水層(A組煤底板)3部分組
成，工作面回采之后形成的老空區(qū)積水也對礦井
充水有一定影響。此外，該礦曾發(fā)生過井筒漏水淹
沒巷道事故，并在淺部煤層開采時揭露一處巖溶
陷落柱(無水)。
2．2 事故樹的構(gòu)建
構(gòu)建事故樹首先是要梳理清存在哪些導(dǎo)致頂
上事件發(fā)生的中間事件乃至基本事件，以及各中
間事件、基本事件間的邏輯關(guān)系，再以事件符號和
邏輯門符號的形式串聯(lián)而成。潘三煤礦地下部分
是礦井水主要運(yùn)移空間，當(dāng)?shù)V井水的涌人量與礦
井排水系統(tǒng)輸排能力不匹配時，造成礦井水的滯
留超過空間或時間的限制，則被視為煤礦水害。根
據(jù)上述煤礦水害發(fā)生機(jī)理并結(jié)合事故樹構(gòu)建原
理，首先確定煤礦水害為頂上事件( )，分析指出
導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的中間事件為礦井水涌出異常
( 。)和排水系統(tǒng)功能異常(M2)，繼而找出導(dǎo)致中
間事件發(fā)生的直接因素，直至不需繼續(xù)分析的基
本事件( )為止。在無人為干預(yù)(預(yù)防、控制、應(yīng)急
措施等)的情況下，潘三煤礦水害的發(fā)生可以概化
為以下事故樹的形式，如圖1所示。
66 趙磊，等事故樹分析法在煤礦水害防治工作中的應(yīng)用 2015年10月
Oct一2015
圖1 潘三煤礦水害事故樹
2．3 求解最小割集
事故樹分析中的割集指的是導(dǎo)致頂上事件發(fā)
生的基本事件的組合，是系統(tǒng)發(fā)生故障的必要且
充分條件。最／I,$U集越多，系統(tǒng)就越危險。此處采
用布爾代數(shù)化簡法求解該事故樹最小割集。
由圖1分析可得出以下邏輯關(guān)系式：
2 (1)
其中： l： +慨+眠+眠 (2)
= 15+ 1 l7+ 18+ 19 (3)
慨 5 6) (4)
M X X +X 5)
慨 3 9 10 l1 12) (6)
6=i 4 13+ 14) (7)
將式(2)～(7)代人式(1)，進(jìn)一步邏輯運(yùn)算得：
T=M1M2=( +』 + 15+ 16+ 17+ 18+ 19)
= 1 5 6) 2 7 8) 3 9 1 11 12) 4 13+
14)) 15+ 16+ 17+ 18-4-X19)= 5+ 6+X2X7+X2X8+
9 3 1 1 l+ 12+ 13 14) 15 16 17"4-
18+ 19)= I5)+ t ·6)+ 17)+ 1s)+
-9)+ ， -5)+ 1 ·6)+ - ·7)+ -8)+
t -9)+ -5)+ 6)+ 7)+ ·8)+
9)+ -5)+ 6)+ ·7)+ -8)+
-9)+ 5)+ -6)+ 7)+ B)+
9)+ - t5)+ · 6)+ 7)+ loX-8)+
( 。 。9)+ - ( 。 - ( t ( · ·8)+
( 1 19)+( l 15)．[-(X3X12X1 12X17)．-]-(X3X12X18)．4-
- -9)+ -5)+ -6)+( - 7)+ · 8)+
9)+ - -5)+( - 6)+ 7)+ · -
【X 1~x19)
通過以上運(yùn)算結(jié)果可知，潘三煤礦水害事故
樹共有5O組最小割集，即有5O條能夠引起煤礦
水害事故的途徑，分別為： 。 )，{ x x }，
{ -，)，?? { t -6}，{X -4X }，{ - s}，
{ )。
2．4 求解最小徑集
最小徑集是指使頂上事件不發(fā)生的最低限度
的基本事件的集合。一般認(rèn)為，事故樹最小徑集越
多，系統(tǒng)就越安全。求解事故樹最小徑集求要利用
到它與最小割集的對偶性。具體步驟為首先將事
故樹轉(zhuǎn)化為成功樹，再求解成功樹的最小割集，最
后將成功樹最小割集的各基本事件求補(bǔ)，即可得
到事故樹的最小徑集。
經(jīng)計(jì)算，潘三煤礦水害事故樹共有17組最小
徑集，分別為： )， }，
。 - z}， - · t · }， · s}，
l噩 1 14)， 1 1 1 12}， 1 9
- l }，{ )，{ )，(
z}，{ )，{
s)，{ - }，{ 。 。
- }，{ - 。 。 )， 。 - 。 }
2．5 結(jié)構(gòu)重要度分析
結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基
本事件的重要程度。在目前事故樹分析大都停留
在定性階段的情況下，結(jié)構(gòu)重要度分析顯得尤為
重要。此處采用最小割(徑)集法求解煤礦水害事
故樹各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，l 9個基本事件的
結(jié)構(gòu)重要度按大小排列如下：， 3)>， )= 2)=
I(X4)>I(Xs)=I(X6)=I(XO=I(Xs)=I 3)=， 4)>I(X-5)=
／(x 6)= 7)= 8)= ·9)> 9)= -0)= )= -2)。
2．6 對水害防治工作的指導(dǎo)意見
2015年第4O卷第5期
Vo1．40 No．5
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 67
通過對潘三煤礦水害事故樹的分析，得出以
下幾條指導(dǎo)意見：
(1)從最小割集分析可知，最小割集有50
組，表明導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的可能途徑有50種。
若其中任一最小割集的元素全部發(fā)生，則頂上事
件發(fā)生。文中所解得最小割集均由3個基本事件
組成，即水源因素、充水途徑因素及排水系統(tǒng)因
素。只要對這3方面因素施加有效的干預(yù)(預(yù)防、
控制、應(yīng)急措施等)，便可阻斷水害事故發(fā)生或大
大降低其危害程度。
(2)從最小徑集分析可知，最小徑集有17組。
若控制最小徑集中的基本事件都不發(fā)生，則頂上
事件必不發(fā)生。根據(jù)所求取的最小徑集結(jié)果，從技
術(shù)難度、經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，選取最合理的基本事
件組合作為煤礦施加干預(yù)的重點(diǎn)，可有效降低水
害防治工作的難度和成本。
(3)從結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果可知，屬水源因素
的基本事件( 、 ：、 ，、 )其重要度位于前列。因
此，對于水源的干預(yù)效果要優(yōu)于對充水途徑及排
水系統(tǒng)因素的干預(yù)效果。例如在地面布置井筒時
避免穿越松散含水層、工作面在臨近積水區(qū)域?qū)?
施跳采等，均起到了從根本上杜絕水害事故發(fā)生
的作用。
3 結(jié)語
將事故樹分析法應(yīng)用到了煤礦水害防治工作
中來，以系統(tǒng)工程方法對煤礦水害進(jìn)行研究，通過
定性、定量分析，揭示出可能造成煤礦水害的潛在
原因，進(jìn)而提出應(yīng)對措施，并指導(dǎo)有限的人力、財(cái)
物資源進(jìn)行合理分配，可大大提高水害防治工作的
準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性等，是一種有效的輔助決策手段。
[參考文獻(xiàn)]
[1]魏春榮，李艷霞，孫建華，等．事故樹結(jié)構(gòu)重要度的求
解方法[J]_黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2012，22(1)：84—88．
[2]王厚軍．事故樹分析法在煤礦水災(zāi)安全評價中的應(yīng)業(yè)
用[J]．煤礦安全，2010，36(7)：115—118．
[作者簡介]
趙磊(1984一)，男，助理研究員，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)
水文與水資源工程專業(yè)，現(xiàn)從事煤礦水害防治及礦山安全
評價工作。 [收稿日期：2015—06—06]
(上接第45頁)
4 大直徑走向長鉆孔抽采現(xiàn)場應(yīng)用效果
在施工完大直徑頂板走向長鉆孔后，連接順
槽瓦斯抽采支管路時安設(shè)觀測孔及孔板流量計(jì)。
隨著工作面向前推進(jìn)，通過觀測孑L和孔板流量計(jì)
人工觀測管道瓦斯?jié)舛群土髁浚y(tǒng)計(jì)15 108工作
面回采期間大直徑頂板長鉆孔瓦斯抽采量如圖3
所示。
捧 亳；
霸
竭翻{
刪
斗

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