煤矿顶板冒顶的事故树分析_王文才
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ 5） 具体防范措施： ① 及时支护，不空顶作业， 采用正确的支护手段； ②合理装药放炮； ③进行矿压 观测，掌握顶板活动规律，预测顶板活动范围，采取 针对性措施； ④正规循环作业； ⑤落实规章制度； ⑥ 措施得力，严格执行。
参考文献：
〔1〕 钱鸣高，钟亚平. 煤矿顶板事故防治新技术〔M〕. 徐 州： 中国矿业大学出版社.
顶板事故发生的最小割集，以便掌握顶板冒顶的原因及其规律，以及更进一步制定出有效的防治
措施。
关键词： 煤矿顶板； 冒顶； 事故树
中图分类号： TD791
文献标识码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2009） 12 － 0096 － 03
事故树分析（ Fault Tree Analysis） 简称 FTA ，是 安全系统工程的重要分析方法 ，事故树分析也称故 障性分析。事故树分析是一种演绎分析方法，即从 结果分析原因，它的特点是直观、明了、思路清晰、逻 辑性强，可以做定性分析也可以做定量分析，体现了 安全系统工程的系统性、准确性和预测性。
成功树的最小割集是原事故的最小径集可按下 式计算：
T′ = A1 ′ + A2 ′ = （ B1 ′ + B2 ′ + B3 ′ + X1 ′） + （ B4 ′·B5 ′） = 〔（ C1 ′· C2 ′ + ′C3 ′· C4 ′ + X11 ′· X12 ′ + X1 ′） （ X16 ′·X17 ′·X18 ′·X19 ′） 〕 式中 T′———顶上事件的补事件；
图 1 煤矿顶板事故树
现的可能性越大，对某一系统而言，最小割集越多， 割集总所包含的基本事件越少，该系统的可能性越 大。
用布尔代数化简求图 1 所示的事故树的最小割 集如下：
T = A1 ·A2 = （ B1 ·B2 ·B3 ） ·X1 ·（ B4 + B5 ） = 〔（ C1 + C2 ） ·（ C3 + C4 ） ·（ X11 + X12 ） 〕·X1 （ X16 + X17 + X18 + X19 ） = 〔（ X2 + X3 + X4 + X5 + X6 ） ·（ X7 + X8 + X9 + X10 + X13 + X14 + X15 ） ·（ X11 + X12 ） ·（ X16 + X17 + X18 + X19 ） 式中 T———事故树中的顶上事件；
因为在 280 个最小割集中，每个割集的基本事 件数相等，故可根据当最小割集中基本事件的个数 相等时，在最小割集中重复出现的次数越多的基本 事件的结构重要度就越大的原则可知，对各基本事 件的结构重要度排序如下：
I（ 1） > I（ 11） = I（ 12） = I（ 16） = I（ 17） = I（ 18） = I（ 19） > I（ 12） = I（ 13） = I（ 14） = I（ 15） = I（ 6） > I （ 7） = I（ 8） = I（ 9） = I（ 10） = I（ 13） = I（ 14） = I（ 15）
（ 5） 事故树分析的结果总结与应用。必须及时 对事故树分 析 的 结 果 进 行 评 价、总 结、提 出 改 进 建 议。
2 煤矿顶板冒顶事故原因分析
煤矿在地下开采直接受上浮岩层压力的影响， 因开拓、掘进或采煤破坏了原有地层的平衡状态，造 成矿山压力分布不均匀，这种分布不均匀的压力作 用在巷道或回采工作面及四周的围岩上，一旦超过 巷道或顶板的支撑力，轻则会出现顶板下沉、片帮、 支架回缩，重则就会发生底鼓、冒顶、断梁折柱、巷道 压垮的现象。顶板事故的形成与地质构造、顶板性 质、支架支撑情况、推进速度、操作程度和生产现场 管理都有直接关系。众所周知，顶板事故是煤矿不 容忽视的重要灾害事故，它发生的主要特点不同于 瓦斯煤尘爆炸群死群伤的重特大的恶性事故，比较 少见，而零散事故却频频发生。而且凡是有人工作 的地方，都有可能发生类似的事故，分布范围特别广 泛。也正因为一次伤亡人数难以构成群死群伤的恶 果往往人们 重 视 不 够，管 理 不 细，忽 视 其 累 积 的 恶 果，通过对煤矿顶板事故的统计分析可知，人为因素 带导致事故发生的比例占 91. 57% ，这足以说明加 强顶板管理的重要性。
T － 顶板事故； A1 － 冒顶片帮； A2 － 人机处在危险区； B1 － 大面积冒顶； B2 － 局部冒顶； B3 － 片帮； B4 － 对危险性估计不足； B5 － 支护质量差； C1 － 老顶运动； C2 － 直接顶； C3 － 放煤过程； C4 － 采煤过程； X1 － 应力集中超过矿压强度； X2 － 对地质构造不清楚； X3 － 未掌握周期来压规律； X4 － 支护不及时； X5 － 没有支护； X6 － 支护决策失误；
同理可知有15条最小径集说明控制顶板事故的途径有15煤矿顶板事故树成功树所谓结构重要度分析是从事故树结构上分析各基本事件的重要度也就是各基本事件的发生对顶上事件发生所产生的影响程度基本事件结构重要度越大它对顶上事件的影响程度就越大反之亦因为在280个最小割集中每个割集的基本事件数相等故可根据当最小割集中基本事件的个数相等时在最小割集中重复出现的次数越多的基本事件的结构重要度就越大的原则可知对各基本事件的结构重要度排序如下
1 事故树分析的基本程序
（ 1） 准备阶段。①确定要分析的系统，在分析 的过程中合理的处理好所要分析的系统与外界环境 及其边界条件，确定所要分析系统的范围，明确影响 系统安全的主要因素； ②熟悉系统，对于已确定的系 统进行深入的调查研究，收集系统有关的资料与数 据，包括系统的结构性能，工艺流程，运行条件，事故 类型，维修情况，环境因素等； ③调查系统发生的事 故，收集调查所分析系统曾经发生过的事故和将来 可能发生的事故，同时调查本单位与外单位，国内与 国外同类型的所事故。
（ 3） 事故树定性分析。按事故树的结构，求取事
基金项目： 内蒙古自治基本事件的结构 重要度，根据定性分析的结果确定预防事故的安全 保障措施。
（ 4） 事故树定量分析。根据引起事故各基本事 件的发生概率，计算事故树顶上事件的概率，计算各 基本事件的概率重要度和关键重要度，根据定量分 析的结果以及事故发生以后可能造成的危害，对系 统进行风险分析，以确定安全投资方向。
（ 4） 从结构重要度来看，应力集中所超过矿压 强度 X1 最大，说明它在顶板事故中所占比例最大， 因此必须选择与顶板活动规律相适应的支护方式， 引起顶板事故的客观条件如煤岩松软，未管好帮，另 外加之人为因素，如缺乏安全知识及缺乏检测手段， 对顶板的支护方式不当等重要性次之。最后一点是 技术上管理的漏洞也是导致事故的重要原因。
X7 － 空顶距过大； X8 － 推进速度慢暴露时间长； X9 － 回柱不合理； X10 － 坚硬顶板不能及时跨落； X11 － 煤岩松软； X12 未管理好帮； X13 － 放炮过程； X14 － 对顶板冒顶认识不足； X15 － 技术管理有漏洞； X16 － 缺乏安全知识； X17 － 缺乏检测手段； X18 － 支护强度不够； X19 － 支护与矿岩离层
A ～ C———事故树中的中间事件； X i ———事故树中的基本事件由于篇幅较大计
算过程不 在 这 里 演 算，由 组 合 数 学 公 式可知最小割集树为 5 × 7 × 2 × 4 = 280 条。 3. 2 求最小径集 在事故树分析法中，最小径集是使顶上事件不 发生的最低限度的基本事件的组合，它用于表示系
Ai′ ～ Ci′———中间事件的补事件； X i ′———基本事件的补事件。 同理可知有 15 条最小径集，说明控制顶板事故 的途径有 15 条。 3. 3 结构重要度分析
·98·
煤 矿 安 全 （ Total 422）
问题探讨
图 2 煤矿顶板事故树成功树
所谓结构重要度分析是从事故树结构上分析 各基本事件的重要度，也就是各基本事件的发生对 顶上事件发生所产生的影响程度，基本事件结构重 要度越大，它对顶上事件的影响程度就越大反之亦 然。
统的的安全性，最小径集越多说明系统的安全性越 高。求解出最小径集，就可以知道控制住哪几个基 本事件，就可以控制顶上事件不发生，要想是顶上事 件不发生有几个最小径集就有几个可能方案。
根据是故树做出其成功树，把事故树的“与”门 用“或”门代替，“或”门用“与”门代替，基本事件发 生用不发生代替，可得到与原事故树对偶的成功树 见图 2。
（ 2） 事故树的编制。①确定事故树顶上事件， 是指确定所要分析的对象事件，根据事故调查分析 其损失大小和事故频率选择易于发生且后果严重的 事故作为事故的顶上事件； ②调查与顶上事件有关 的所有原因事件，从人机、环境和信息等方面调查与 事故树顶上事件有关的所有事故原因，确定事故原 因并进行影响性分析； ③编制事故树，把事故树顶上 事件与引起顶上事件的原因事件，采用一些规定的 符号，按照一定的逻辑关系绘制成反映因果关系的 树形图。
问题探讨
煤 矿 安 全 （ 2009 － 12）
·97·
采用事故树分析方法对顶板事故树进行全面的 分析研究，找出各种引起顶板事故的可能途径，为事 故原因分析和制定预防措施提供科学合理的依据。
3 顶板事故树的建立
根据事故分析的基本程序，确顶板事故树图，如
图 1。 3. 1 求出最小割集
在事故树分析法中，最小割集是指导致顶上事 件发生的最少的基本事件的集合，只要该集合中所 有的基本事件都发生，系统就会出现故障。集合所 包含的基本事件越少，这种集合所代表的故障所出
〔2〕 耿献文. 矿山压力测控技术〔M〕. 徐州： 中国矿业大学 出版社.
〔3〕 林柏泉. 安全系统工程〔M〕. 徐州： 中国矿业大学出版 社.
作者简介： 王文才（ 1963 － ） ，男，内蒙古伊金霍洛旗人， 教授，博士，硕士研究生导师，主要从事安全工程及矿业技术 经济的研究。
（ 收稿日期： 2009 － 04 － 13； 责任编辑： 梁绍权）
DOI:10.13347/ki.mkaq.2009.12.033
·96·
煤 矿 安 全 （ Total 422）
问题探讨
煤矿顶板冒顶的事故树分析
王文才，张世明，周连春，郑 雷，祁 昊，岑 旺
（ 内蒙古科技大学 资源与安全学院，内蒙古 包头 014010）
摘 要： 利用事故树手段，对煤矿顶板事故资料进行逻辑分析，利用布尔代数化简，从中找出煤矿
4 结果分析
（ 1） 从事故树结构看出，导致顶板事故的基本 原因有 19 个，这些因素相互组合都可导致事故的发 生，因此系统的危险性必须引起足够的重视。
（ 2） 从事故树结构还可看出，顶板事故树中或 门个数占 83. 3% ，与门个数占 16. 7% 这个比例说明 顶板事故容易发生。
（ 3） 从最小割集和最小径集的组数来看顶板事 故最小割集是 280 组，最小径集是 15 组，因此，发生 顶板事故的“可能途径”共有 280 条，预防途径 15 条，且事故树最小割集中包含的基本事件很少，最小 径集所包含的基本事件却很多，所以顶板事故易发 生而难以控制。
参考文献：
〔1〕 钱鸣高，钟亚平. 煤矿顶板事故防治新技术〔M〕. 徐 州： 中国矿业大学出版社.
顶板事故发生的最小割集，以便掌握顶板冒顶的原因及其规律，以及更进一步制定出有效的防治
措施。
关键词： 煤矿顶板； 冒顶； 事故树
中图分类号： TD791
文献标识码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2009） 12 － 0096 － 03
事故树分析（ Fault Tree Analysis） 简称 FTA ，是 安全系统工程的重要分析方法 ，事故树分析也称故 障性分析。事故树分析是一种演绎分析方法，即从 结果分析原因，它的特点是直观、明了、思路清晰、逻 辑性强，可以做定性分析也可以做定量分析，体现了 安全系统工程的系统性、准确性和预测性。
成功树的最小割集是原事故的最小径集可按下 式计算：
T′ = A1 ′ + A2 ′ = （ B1 ′ + B2 ′ + B3 ′ + X1 ′） + （ B4 ′·B5 ′） = 〔（ C1 ′· C2 ′ + ′C3 ′· C4 ′ + X11 ′· X12 ′ + X1 ′） （ X16 ′·X17 ′·X18 ′·X19 ′） 〕 式中 T′———顶上事件的补事件；
图 1 煤矿顶板事故树
现的可能性越大，对某一系统而言，最小割集越多， 割集总所包含的基本事件越少，该系统的可能性越 大。
用布尔代数化简求图 1 所示的事故树的最小割 集如下：
T = A1 ·A2 = （ B1 ·B2 ·B3 ） ·X1 ·（ B4 + B5 ） = 〔（ C1 + C2 ） ·（ C3 + C4 ） ·（ X11 + X12 ） 〕·X1 （ X16 + X17 + X18 + X19 ） = 〔（ X2 + X3 + X4 + X5 + X6 ） ·（ X7 + X8 + X9 + X10 + X13 + X14 + X15 ） ·（ X11 + X12 ） ·（ X16 + X17 + X18 + X19 ） 式中 T———事故树中的顶上事件；
因为在 280 个最小割集中，每个割集的基本事 件数相等，故可根据当最小割集中基本事件的个数 相等时，在最小割集中重复出现的次数越多的基本 事件的结构重要度就越大的原则可知，对各基本事 件的结构重要度排序如下：
I（ 1） > I（ 11） = I（ 12） = I（ 16） = I（ 17） = I（ 18） = I（ 19） > I（ 12） = I（ 13） = I（ 14） = I（ 15） = I（ 6） > I （ 7） = I（ 8） = I（ 9） = I（ 10） = I（ 13） = I（ 14） = I（ 15）
（ 5） 事故树分析的结果总结与应用。必须及时 对事故树分 析 的 结 果 进 行 评 价、总 结、提 出 改 进 建 议。
2 煤矿顶板冒顶事故原因分析
煤矿在地下开采直接受上浮岩层压力的影响， 因开拓、掘进或采煤破坏了原有地层的平衡状态，造 成矿山压力分布不均匀，这种分布不均匀的压力作 用在巷道或回采工作面及四周的围岩上，一旦超过 巷道或顶板的支撑力，轻则会出现顶板下沉、片帮、 支架回缩，重则就会发生底鼓、冒顶、断梁折柱、巷道 压垮的现象。顶板事故的形成与地质构造、顶板性 质、支架支撑情况、推进速度、操作程度和生产现场 管理都有直接关系。众所周知，顶板事故是煤矿不 容忽视的重要灾害事故，它发生的主要特点不同于 瓦斯煤尘爆炸群死群伤的重特大的恶性事故，比较 少见，而零散事故却频频发生。而且凡是有人工作 的地方，都有可能发生类似的事故，分布范围特别广 泛。也正因为一次伤亡人数难以构成群死群伤的恶 果往往人们 重 视 不 够，管 理 不 细，忽 视 其 累 积 的 恶 果，通过对煤矿顶板事故的统计分析可知，人为因素 带导致事故发生的比例占 91. 57% ，这足以说明加 强顶板管理的重要性。
T － 顶板事故； A1 － 冒顶片帮； A2 － 人机处在危险区； B1 － 大面积冒顶； B2 － 局部冒顶； B3 － 片帮； B4 － 对危险性估计不足； B5 － 支护质量差； C1 － 老顶运动； C2 － 直接顶； C3 － 放煤过程； C4 － 采煤过程； X1 － 应力集中超过矿压强度； X2 － 对地质构造不清楚； X3 － 未掌握周期来压规律； X4 － 支护不及时； X5 － 没有支护； X6 － 支护决策失误；
同理可知有15条最小径集说明控制顶板事故的途径有15煤矿顶板事故树成功树所谓结构重要度分析是从事故树结构上分析各基本事件的重要度也就是各基本事件的发生对顶上事件发生所产生的影响程度基本事件结构重要度越大它对顶上事件的影响程度就越大反之亦因为在280个最小割集中每个割集的基本事件数相等故可根据当最小割集中基本事件的个数相等时在最小割集中重复出现的次数越多的基本事件的结构重要度就越大的原则可知对各基本事件的结构重要度排序如下
1 事故树分析的基本程序
（ 1） 准备阶段。①确定要分析的系统，在分析 的过程中合理的处理好所要分析的系统与外界环境 及其边界条件，确定所要分析系统的范围，明确影响 系统安全的主要因素； ②熟悉系统，对于已确定的系 统进行深入的调查研究，收集系统有关的资料与数 据，包括系统的结构性能，工艺流程，运行条件，事故 类型，维修情况，环境因素等； ③调查系统发生的事 故，收集调查所分析系统曾经发生过的事故和将来 可能发生的事故，同时调查本单位与外单位，国内与 国外同类型的所事故。
（ 3） 事故树定性分析。按事故树的结构，求取事
基金项目： 内蒙古自治基本事件的结构 重要度，根据定性分析的结果确定预防事故的安全 保障措施。
（ 4） 事故树定量分析。根据引起事故各基本事 件的发生概率，计算事故树顶上事件的概率，计算各 基本事件的概率重要度和关键重要度，根据定量分 析的结果以及事故发生以后可能造成的危害，对系 统进行风险分析，以确定安全投资方向。
（ 4） 从结构重要度来看，应力集中所超过矿压 强度 X1 最大，说明它在顶板事故中所占比例最大， 因此必须选择与顶板活动规律相适应的支护方式， 引起顶板事故的客观条件如煤岩松软，未管好帮，另 外加之人为因素，如缺乏安全知识及缺乏检测手段， 对顶板的支护方式不当等重要性次之。最后一点是 技术上管理的漏洞也是导致事故的重要原因。
X7 － 空顶距过大； X8 － 推进速度慢暴露时间长； X9 － 回柱不合理； X10 － 坚硬顶板不能及时跨落； X11 － 煤岩松软； X12 未管理好帮； X13 － 放炮过程； X14 － 对顶板冒顶认识不足； X15 － 技术管理有漏洞； X16 － 缺乏安全知识； X17 － 缺乏检测手段； X18 － 支护强度不够； X19 － 支护与矿岩离层
A ～ C———事故树中的中间事件； X i ———事故树中的基本事件由于篇幅较大计
算过程不 在 这 里 演 算，由 组 合 数 学 公 式可知最小割集树为 5 × 7 × 2 × 4 = 280 条。 3. 2 求最小径集 在事故树分析法中，最小径集是使顶上事件不 发生的最低限度的基本事件的组合，它用于表示系
Ai′ ～ Ci′———中间事件的补事件； X i ′———基本事件的补事件。 同理可知有 15 条最小径集，说明控制顶板事故 的途径有 15 条。 3. 3 结构重要度分析
·98·
煤 矿 安 全 （ Total 422）
问题探讨
图 2 煤矿顶板事故树成功树
所谓结构重要度分析是从事故树结构上分析 各基本事件的重要度，也就是各基本事件的发生对 顶上事件发生所产生的影响程度，基本事件结构重 要度越大，它对顶上事件的影响程度就越大反之亦 然。
统的的安全性，最小径集越多说明系统的安全性越 高。求解出最小径集，就可以知道控制住哪几个基 本事件，就可以控制顶上事件不发生，要想是顶上事 件不发生有几个最小径集就有几个可能方案。
根据是故树做出其成功树，把事故树的“与”门 用“或”门代替，“或”门用“与”门代替，基本事件发 生用不发生代替，可得到与原事故树对偶的成功树 见图 2。
（ 2） 事故树的编制。①确定事故树顶上事件， 是指确定所要分析的对象事件，根据事故调查分析 其损失大小和事故频率选择易于发生且后果严重的 事故作为事故的顶上事件； ②调查与顶上事件有关 的所有原因事件，从人机、环境和信息等方面调查与 事故树顶上事件有关的所有事故原因，确定事故原 因并进行影响性分析； ③编制事故树，把事故树顶上 事件与引起顶上事件的原因事件，采用一些规定的 符号，按照一定的逻辑关系绘制成反映因果关系的 树形图。
问题探讨
煤 矿 安 全 （ 2009 － 12）
·97·
采用事故树分析方法对顶板事故树进行全面的 分析研究，找出各种引起顶板事故的可能途径，为事 故原因分析和制定预防措施提供科学合理的依据。
3 顶板事故树的建立
根据事故分析的基本程序，确顶板事故树图，如
图 1。 3. 1 求出最小割集
在事故树分析法中，最小割集是指导致顶上事 件发生的最少的基本事件的集合，只要该集合中所 有的基本事件都发生，系统就会出现故障。集合所 包含的基本事件越少，这种集合所代表的故障所出
〔2〕 耿献文. 矿山压力测控技术〔M〕. 徐州： 中国矿业大学 出版社.
〔3〕 林柏泉. 安全系统工程〔M〕. 徐州： 中国矿业大学出版 社.
作者简介： 王文才（ 1963 － ） ，男，内蒙古伊金霍洛旗人， 教授，博士，硕士研究生导师，主要从事安全工程及矿业技术 经济的研究。
（ 收稿日期： 2009 － 04 － 13； 责任编辑： 梁绍权）
DOI:10.13347/ki.mkaq.2009.12.033
·96·
煤 矿 安 全 （ Total 422）
问题探讨
煤矿顶板冒顶的事故树分析
王文才，张世明，周连春，郑 雷，祁 昊，岑 旺
（ 内蒙古科技大学 资源与安全学院，内蒙古 包头 014010）
摘 要： 利用事故树手段，对煤矿顶板事故资料进行逻辑分析，利用布尔代数化简，从中找出煤矿
4 结果分析
（ 1） 从事故树结构看出，导致顶板事故的基本 原因有 19 个，这些因素相互组合都可导致事故的发 生，因此系统的危险性必须引起足够的重视。
（ 2） 从事故树结构还可看出，顶板事故树中或 门个数占 83. 3% ，与门个数占 16. 7% 这个比例说明 顶板事故容易发生。
（ 3） 从最小割集和最小径集的组数来看顶板事 故最小割集是 280 组，最小径集是 15 组，因此，发生 顶板事故的“可能途径”共有 280 条，预防途径 15 条，且事故树最小割集中包含的基本事件很少，最小 径集所包含的基本事件却很多，所以顶板事故易发 生而难以控制。