煤礦瓦斯事故樹圖分析

煤礦瓦斯事故樹圖分析

0事故樹分析方法隨著我國煤礦工業(yè)的蓬勃發(fā)展，煤礦事故越來越受到重視。礦山事故中瓦斯事故居首。一旦礦山發(fā)生瓦斯事故,將會造成作業(yè)人員的傷亡和國家財產(chǎn)巨大的損失,所以,瓦斯的治理顯得尤為重要。如今,很多學者利用系統(tǒng)安全分析的方法對瓦斯事故進行分析,進而達到預防瓦斯事故發(fā)生的目的。常用的分析方法有事件樹分析法(FaultTreeAnalysis,簡稱FTA)、事故樹分析法、故障類型影響和致命度分析等。事故樹分析法是在系統(tǒng)安全工程中廣泛應用的一種重要的安全分析方法。事故樹分析是從結(jié)果開始,尋求結(jié)果事件(通稱頂上事件)發(fā)生的原因事件,是一種逆時序的分析方法。事故樹分析描述了事故發(fā)生和發(fā)展的直接原因和間接原因及原因的組合?？梢杂闷鋵κ鹿蔬M行定性分析,辨明事故原因的主次及未曾考慮到的隱患;也可以進行定量分析,預測事故發(fā)生的概率。由于這種分析方法具有形象直觀、思路清晰、邏輯性強等特點,因而得到了廣泛的應用。1分析對象和方法事故樹分析步驟如圖1所示。(1)熟悉系統(tǒng)。要求全面詳細地了解系統(tǒng),包括系統(tǒng)的組成部分、各部分之間的關(guān)系、工藝流程、各項參數(shù)以及作業(yè)環(huán)境等情況,必要時畫出工藝流程圖和布置圖。(2)調(diào)查事故。應盡量廣泛地了解所有事故,不僅包括過去已發(fā)生的事故,而且也要包括未遂事故和未來有可能發(fā)生的事故;不僅包括本系統(tǒng)發(fā)生過的事故,也應包括同類系統(tǒng)發(fā)生的事故和國外的相似事故。(3)確定頂上事件。所謂頂上事件,即人們所不期望發(fā)生的事件,也是所要分析的對象事件。對所調(diào)查的事故進行全面分析,分析其損失大小和發(fā)生的頻率,從中找出后果嚴重且易發(fā)生的事故作為頂上事件。頂上事件不能過于籠統(tǒng),例如不能把“某礦發(fā)生事故”作為頂上事件,因為這樣無法分析,應選擇具體的事故作為分析對象。(4)確定目標值。根據(jù)以往的事故經(jīng)驗和同類系統(tǒng)的事故資料進行統(tǒng)計分析,得出事故的發(fā)生概率(或頻率),然后根據(jù)這一事故的嚴重程度,確定要控制的事故發(fā)生概率的目標值。(5)繪制事故樹。找出導致頂上事件發(fā)生的中間事件和基本事件及其關(guān)系,并加以分析整理。根據(jù)以上的資料,從頂上事件起,按照演繹分析的方法,運用邏輯推理,一級一級地找出所有直接原因事件,直至最基本的原因事件為止。按照邏輯關(guān)系,用邏輯門連接輸入關(guān)系,畫出事故樹圖。(6)進行定性分析。依據(jù)所構(gòu)造的事故樹圖,運用布爾代數(shù)進行簡化,經(jīng)解算,求出最小割集,最小徑集(根據(jù)成功樹),確定各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度并加以分析。(7)進行定量分析。根據(jù)各基本事件的發(fā)生概率求出頂上事件的發(fā)生概率,把求出的概率與通過統(tǒng)計分析得出的概率進行比較,如果兩者不符,必須重新分析研究已構(gòu)造出的事故樹是否正確完整,各基本原因事件的故障是否估計過高或過低等。(8)在定性或定量分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)各可能導致事故發(fā)生的基本事件組合(最小割集或最小徑集)的可預防的難易程度或重要度,結(jié)合本系統(tǒng)的實際能力,制訂出具體、切實可行的預防措施,并付諸實際行動。上述的事故樹分析程序包括了定性分析和定量分析兩大類。從實際應用而言,由于我國目前尚缺乏設(shè)備的故障率和人的失誤率的實際資料,故給定量分析帶來很大困難或不可能,所以在事故樹分析中,目前一般只是進行定性分析。2煤與瓦斯突出事故礦井瓦斯是時時刻刻嚴重威脅著煤礦井下安全生產(chǎn)的自然因素之一。在煤礦井下中,瓦斯災害主要變現(xiàn)為瓦斯(煤塵)爆炸和煤與瓦斯突出事故。瓦斯爆炸不僅會造成大量的人員傷亡,而且還會嚴重摧毀礦井設(shè)施、中斷生產(chǎn),有時還會引起煤塵爆炸、礦井火災、井巷垮塌和頂板冒落等二次事故,從而加重災害后果,使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復。而煤與瓦斯突出不僅能摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風系統(tǒng),而且使井巷充滿瓦斯和煤(巖)拋出物,造成人員窒息、煤流埋人,甚至可能引起瓦斯爆炸與火災事故。井下煤礦一次死亡人數(shù)多的重特大事故主要是瓦斯爆炸事故和煤與瓦斯突出事故。世界上各主要產(chǎn)煤國都不同程度地受到瓦斯災害的威脅。以煤與瓦斯突出為例,世界上有20個主要產(chǎn)煤國家有煤與瓦斯突出問題,其中,我國的煤與瓦斯突出次數(shù)占全世界煤與瓦斯突出總數(shù)的1/3以上。另外,我國瓦斯爆炸災害也相當嚴重,建國以來煤礦一次死亡百人以上的事故有共22起,死亡3500多人,其中瓦斯(煤塵)爆炸事故有20起,死亡3314人,分別占事故總數(shù)與死亡人數(shù)的94.4%和96.2%。因此,控制瓦斯事故的發(fā)生一直是各國主要產(chǎn)煤國煤礦安全的主攻方向之一。3瓦斯襲擊事故樹圖的編制事故樹是由各種事件、邏輯門連接構(gòu)造而成的。對近年來國內(nèi)大型煤礦瓦斯爆炸事故原因的分析和井下可能造成瓦斯爆炸的原因的概率統(tǒng)計,根據(jù)事故樹編制的基本程序,繪制瓦斯爆炸事故樹圖,如圖2所示。4基本事件集最小集對瓦斯爆炸事故樹作定性分析。定性分析是通過對最小割集(最小徑集)的求解,確定出基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,從而了解系統(tǒng)的危險程度和安全程度,掌握導致事故發(fā)生的各基本原因事件的組合關(guān)系及其重要程度。4.1事故樹中間事件最小割集是導致頂上事件發(fā)生的最起碼的基本事件的組合。用布爾代數(shù)化簡法求圖2所示的事故樹最小割集的過程如下:T=ABX0=(A1+A2+A3)·(B1+B2+B3)·X0=[(X1+X2+X3+X4+A4+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16)·(X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X28+X29+X30)]·X0=[(X1+X2+X3+X4+X5X6X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16)·(X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X2+X29+X30)]·X0式中:T為事故樹中的頂上事件;A、B、A1～A4、B1～B3為事故樹中的中間事件;Xi為事故樹中的基本事件,i=0,1,2,…,30。該事故樹的最小割集共有14×14=196組,說明導致瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能途徑有196條,分別為{X1,X15,X0};{X1,X16,X0};……{X5X6X7,X17,X0};{X14,X29,X0};等。4.2最佳補事件的確定就實質(zhì)而言,徑集是割集的對偶。因此,當事故樹某些基本事件的集合不會發(fā)生,頂上事件就不發(fā)生,這種基本事件的集合就稱為徑集。最小徑集是使頂上事件不發(fā)生所必須的最低限度的徑集。事故樹的對偶樹就是成功樹。其具體做法就是將事故樹中所有的與門變成或門,所有的或門變成與門。經(jīng)這樣的變換,事故樹上每個故障的基本事件和門的對偶都變成成功樹的基本事件和門。所求出的成功樹的最小割集就是原來事故樹的最小徑集,如圖3所示。T′=A′+B′+X′0=A′1A′2A′3+B′1B′2B′3+X′0=(X′1X′2X′3X′4)[(X′5+X′6+X′7)X′8X′9]·(X′10X′11X′12X′13X′14X′15X′16)+(X′17X′18X′19X′20)(X′21X′22X′23X′24)(X′25X′26X′27X′28X′29X′30)+X′0式中:T′為事故樹中的頂上事件的補事件;A′、B′、A′1～A′4、B′1～B′3為事故樹中的中間事件的補事件;X′i為事故樹中的基本事件的補事件。同理可求出事故樹的最小徑集有5個,說明預防瓦斯爆炸有5個途徑,它們分別為{X0};{X1,X2,X3,X4,X5,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16};{X1,X2,X3,X4,X6,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16};{X1,X2,X3,X4,X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16};{X17,X18,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27,X28,X29,X30}。4.3結(jié)構(gòu)重要度法在一棵事故樹中,不同的基本事件所處的地位不同,則其對頂上事件的影響也不同。根據(jù)了解掌握各基本事件的發(fā)生對頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度,對系統(tǒng)的一些重要信息進行修改,最終達到控制事故發(fā)生的目的。所謂結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹結(jié)構(gòu)著手,通過分析得到各基本事件的重要程度。人們把各基本事件在事故結(jié)構(gòu)上的重要程度稱為結(jié)構(gòu)重要度。結(jié)構(gòu)重要度(I(j))的分析有多種方法,此處采用排列法求解,求解結(jié)果排列順序如下:I(0)>I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)=I(16)>I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)=I(22)=I(23)=I(24)=I(25)=I(26)=I(27)=I(28)=I(29)=I(30)>I(5)=I(6)=I(7)5瓦斯爆炸事故工況(1)從事故樹結(jié)構(gòu)上來看,導致瓦斯爆炸事故的基本事件有31個,這些事件的相互結(jié)合都可能導致事故的發(fā)生。而且,這些事件涉及到方方面面,控制起來存在諸多的困難,因此,對系統(tǒng)的危險性應給予足夠重視。(2)從最小割集和最小徑集的組數(shù)來看,最小割集有196組,最小徑集有5組。即頂上事件可能發(fā)生的條件有196條,預防的措施有5條,并且最小徑集中包含的基本事件比較少,而最小割集所包含的基本事件卻很多,所以瓦斯爆炸事故是極易發(fā)生且難以控制的事件。(3)從結(jié)構(gòu)重要度來看。氧氣濃度I(0)適當,所占比例最大,在井下正常生產(chǎn)中是始終滿足的。其次是瓦斯涌出I(1)、煤與瓦斯突出I(2),說明它們在瓦斯爆炸事故中占的比例較大。因此,需針對這些方面對系統(tǒng)進行修