基于事故树的矿井冲击地压事故研究

２０１１年第ｌ０期／第３２卷　黄金　ＧＯＬＤ　

基于事故树的矿井冲击地压事故研究　熊俊杰，景国勋　（河南理工大学安全科学与工程学院）　摘要：冲击地压灾害是矿山深部开采的难题之一，采用事故树分析冲击地压事故发生的原因、　发生概率，对于矿山灾害防治具有重要意义。以平顶山十一矿为实例，收集了该矿２００２－－２０１０年　发生冲击地压事故的资料与数据，在此基础上建立了该矿的冲击地压事故树；运用布尔代数法确定　了事故树的最小径集和最小割集，并计算出顶事件发生概率和事件发生的各基本事件的概率重要　度、关键重要度和结构重要度，对基本事件重要性进行排序，最后对矿井冲击地压事故的原因进行　了分析，并提出相应的安全对策。　关键词：冲击地压；事故树；定性分析；定量计算　中图分类号：ＴＤ　７７　１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００１—１２７７（２０１１）ｌ０—００３５—０３　

０　引　言　冲击地压具有很大的破坏性，是煤矿及非煤矿山　开采的重大灾害之一。冲击地压又称岩爆，是指井巷　或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产　生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有岩体抛出、巨响　及气浪等现象¨ｊ。冲击地压将造成人员伤亡和设备　损坏，其破坏位置不仅可以发生在工作面现场，而且　可能波及巷道、硐室，特别是存在高应力集中的空间　部位。并且可引发其他工程灾害，一旦发生冲击地压　事故将造成极其严重的后果。不但导致矿山生产停　顿、设备损坏，而且也会造成人身伤亡，产生无法估量　的损失和难以挽回的影响　。　事故树分析方法是一种图形逻辑演绎方法，该分　析方法不仅可分析事故的直接原因，而且可揭示事故　的潜在原因；利用事故树模型可以定量计算复杂系统　发生事故的概率，为改善和评价系统安全性提供了定　量依据。因为它描述事故的因果关系直观明了，逻辑　性强，分析过程简明形象，具有系统性和预测性，在众　多领域的系统安全分析中得到广泛应用　。　本文针对矿井冲击地压事故，建立矿井冲击地压　事故树图，并对该事故定性分析和定量计算，提出了　对策措施。　

１　矿井冲击地压事故树分析　１．１　矿井冲击地压事故基本事件分析　平顶山天安煤业股份有限公司十一矿（下简称　平顶山十一矿）近几年冲击地压事故统计见表１。　根据调查地点分析确定基本事件见表２。其中，　顶事件就是冲击地压事故，在事故树中就是指事故树　的顶端事件，那些基本事件均为导致顶事件发生的原　因事件。　表１　平顶山十一矿冲击地压事故统计　

收稿日期：２０１１—０８－０３　作者简介：熊俊杰（１９８８￣），男，湖北荆州人，硕士研究生，主要研究方向：安全系统工程；河南省焦作市高新区世纪大道２００１号，河南理工大学安　

全学院１１２３信箱，４５４００３　■匪西　黄金　表２　冲击地压事故基本事件对照表　代号　顶事件、基本事件　代号　基本事件　Ｔ　冲击地压事故　ｘｅ　采空区未及时进行处理　Ａ　煤岩冲击倾向性　ｘ　开采面积过大　Ｂ　高度膻力集中及突变　ｘｓ　未采取卸压措施　Ｃ　高度能量储存　Ｘ９　老顶来压　ＢＩ　应力集中　Ｘ，ｏ　采掘活动　Ｂ２　应力突变　ｘ，ｔ　顶底板厚岩层突然破断或位移　Ｘ　采深较大　ｘＩ２　顶板跨落　ｘ　开采顺序不合理　ｘ－３　顶板厚度　Ｘ３　采煤方法不合理　ｘｔ　顶板岩石类型　Ｘ　地质构造复杂　ｘｔｓ　顶板的完整性　Ｘ５　残留煤柱　ｘｌ６　破断悬顶　

１．２绘制事故树　矿井冲击地压事故树见图１，通过专家打分法确　定基本事件的发生概率（见表３）。　

图１　冲击地压事故树简图　表３　冲击地压事故树基本事件发生概率　

１．３冲击地压事故树的定性分析…　１．３．１　最小割集和最小径集的确定　利用布尔代数法求该事故树的最小割集（Ｋｉ）：　Ｋｌ＝｛Ｘｌ，Ｘ９，Ｘｌ３），Ｋ２＝｛Ｘｌ，Ｘ９，Ｘｌ４，，Ｋ３＝　｛ｘｊ，Ｘ９，Ｘｌ５），　＝｛Ｘｌ，Ｘ９，Ｘｌ６），…，　ｌ２８。　最小割集一共有１２８组。　最小径集（Ｐ　）为：　Ｐｌ＝｛Ｘｌ，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８｝，Ｐ２＝｛ｘ９，ｘ１【ｌ，　Ｘ　Ｘｌ２），Ｐ３＝｛Ｘｌ３，Ｘｌ４，Ｘ　Ｘｌ６）。　１．３．２结构重要度分析　根据同属关系可得到：　，　（１）＝，　（２）：，　（３）＝，　（５）＝，　（６）＝　，　（７）＝，　（８）：，　（９）＝，　（１１）＝，　（１２）；　（１３）：　（１４）＝　（１５）；　（１６）。　式中：　（ｉ）——第ｉ个基本事件的结构重要度。　根据结构重要度判定标准可以得出基本事件的　结构重要度大小的排序为：　，　（１３）＝，　（１４）＝，　（１５）＝，　（１６）＞，　（１）＝　，　（２）：，　（３）＝，　（４）＝，　（５）＝，　（６）＝，　（７）：　，　（８）：，　（９）＝，　（１０）＝，　（１１）＝，　（１２）。　１．４事故树的定量分析　Ｊ　１．４．１’顶事件的发生概率　据中国矿业大学在该矿试验得出该矿发生冲击　地压的煤岩具有中等偏弱冲击倾向性，取作为发生冲　击地压条件的煤岩冲击倾向性（事件Ａ、事件　、事件　ｃ）可能值：　ＪＰ（Ａ）＝０．４。　Ｐ（Ｂ）＝［１一（１一ｑ　）（１一ｑ２）（１一ｑ３）（１一ｑ　）　（１一ｑ　）（１一ｑ　）（１一ｑ　）（１一ｑ　）］［１一　（１一ｑ　）（１一ｑ。。）（１一ｑ．。）（１一ｑ．：）］＝　０．４１４。　Ｐ（Ｃ）＝１一（１一ｑｌ３）（１一ｑ１４）（１一ｑ　）（１一ｑ，６）：　０．４６３。　Ｐ（Ｔ）：Ｐ（Ａ）Ｘ　Ｐ（Ｂ）×Ｐ（Ｃ）＝０．０７６　７。　式中：Ｐ（Ｔ）——顶事件的发生概率；　ｑ　——第ｉ个基本事件发生概率。　１．４．２确定概率重要度系数　基本事件的概率重要度系数为：　Ｉ（１）：　：ＪＰ（Ａ）×［（１一ｑ：）（１一ｑ，）（１一ｇ　ｏｑ’　ｑ　）（１一ｑ５）（１～ｑ６）（１一ｑ７）（１一ｑ８）］　［１一（１一ｑ。）（１一ｑ。。）（１一ｑ，。）（１一ｑ　）］・　［１一（１－ｑ　，）（１－ｑ　）（１－ｑ　）（１－ｑ。６）］＝　０．０５３　２。　式中：，　（ｉ）——第ｉ个基本事件的概率重要度系数；　Ｐ（Ｔ）——顶事件的发生概率；　ｑｉ——第ｉ个基本事件发生概率。　同理：　（２）＝０．０４６　４；Ｉｇ（３）＝０．０４５　７；　（４）＝　０．０５３　２；Ｉｇ（５）＝０．０６６　５；ｌｇ（６）＝０．０４６　２；Ｉｇ（７）＝　２０１１年第ｌ０期／第３２卷　０．０４６　３；，ｇ（８）＝０．０５５　１；，　（９）＝０．０４６　９；，　（１０）＝　统属于危险系统。定量分析后，从结构重要度来看，　０．０８４　８；　（１１）＝０．０４１　９；Ｉｇ（１２）＝０．Ｏ４４　３；Ｉｓ（１３）＝Ｘ１３～Ｘ１６对顶上事件影响较大，Ｘ－～Ｘ－ｚ次之；根据概　０．１０１　１；　（１４）＝Ｏ．１１５　５；，ｇ（１５）＝０．１０１１；Ｉｓ（１６）＝　率重要度分析，ｘ　概率重要度最高，若能降低其发生　０．０９８　８。　概率能最大限度降低顶事件的发生概率，依次为　１．４．３　确定关键重要度系数　ｘｌ５、ｘ１６、ｘ　ｘ１ｏ、ｘ５、ｘ８、ｘ。、ｘ４、ｘ２、ｘ６、ｘ７、ｘ３、ｘ９、　基本事件的关键重要度系数为：　ｘ。　、Ｘ　从关键重要度可知，ｘ　的关键重要度仍然最　（１）：　，　（１）：０．１０４　０４　ｏ　高，依次为Ｘｓ，Ｘｌｏ，Ｘ１５，Ｘｔ６．．Ｘ１３，Ｘ８、Ｘ　，Ｘ４，Ｘ９　Ｘ１２　。Ｐ　ｌ　。　Ｘｌｌ、Ｘ２、Ｘ６、Ｘ７、Ｘ３。　式中：　（ｉ）——第ｉ个基本事件的关键重要度系数；　综上得出顶板岩石的类型对该矿冲击地压事故　

（ｉ）——第ｉ个基本事件的概率重要度系数；　影响最大，顶板岩石的种类是无法改变的，因此控制　Ｐ（Ｔ）——顶事件的发生概率；　该矿冲击地压事故最有效的途径应该是对残留煤柱以　ｑｉ——第ｉ个基本事件发生概率。　及保护煤柱进行应力监测与控制，采掘活动要达到规范　同理：　（２）＝０．０１５　７３；　（２）＝ｏ．ｏｏｓ９６；￣（４）＝　性与安全Ｉ生的标准，并采取有效的岩石卸压方式。　０．１０４　０４；１；（５）＝０．２７７　４４；　６）＝０．０１３　２５；Ｆｇ（７）＝　钴　０．０１４　４９；　（８）＝０．１２９　３１；　（９）＝０．０９１　７２；，　（１０）＝　日　匕　

０．５８５　９７；ｉｃ（１１）：０．０２７　３１；　（１２）：０．０５７　７６；　通过对冲击地压事故树的分析，得出以下结论：　￡（１３）：０．１５８　１７；　（１４）：０．３４６　３５；以１５）：　１）事故树通过演绎推理，找出了事故发生的主　０．１５８　１７；　（１６）：０．１２８　８１　要原因，逻辑性强，为确定安全对策提供了可靠依据。　从以上计算结果亩知，基本事件结构重要度』Ｉ　泞为：　２）利用事故树模型定量计算了系统中发生事故　（１３）：　（１４）：　（１５）：，中（１６）＞，中（１）：　的概率，为改善和评价系统安全性提供了定量依据。　（２）：　（３）：　（４）：　（５）：　（６）：　（７）：　３）从事故树可看出，引起冲击地压事故的因素　（８）：　（９）：　（１Ｏ）：　（１１）：　（１２）。　是多方面的，大致可分为３　４＂７Ｙ￣：引发高度应力集　基本事件的概率重要度顺序为：　中、应力突变的事件和为高度能量储存提供条件的因　，　（１４）＞，　（１５）：　（１３）＞，　（１６）＞，　（１０）＞　素。要对冲击地压事故进行防治，必须从这３个方面　，　（５）＞，ｇ（８）＞　（１）：，　（４）＞，　（９）＞Ｉｓ（２）＞　Ａ－Ｙ－，系统的去评价，采取相应技术措施才能更加全　Ｉｇ（７）＞ｌｇ（６）＞，　（３）＞Ｉ（　＞　（　）。　面、有效的控制事故。ｇ　１２）　１１　

基本事件的关键重要度顺序为：　［参考文献］　

（１ｏ）＞　（１４）＞　（５）＞　（１５）：　（１３）＞　…　

（８）＞　（　６）＞　（１）：ｒｇ（４）＞　（９）＞　（１２）＞　［２］　．浅谈冲击地压的发生规律与防治［Ｊ］．煤矿安全，２００７　

（１１）＞　（２）＞　（７）＞　（６）＞　（３）。　（６）：２４．　

［３］何长春．事故树分析法在基坑坍塌事故中的应用［Ｊ］．山西建　２　安全对策与建议　羹　（崔３）国：２璋＿２８安－全２３０系．统工　［Ｍ¨Ｅ京：煤炭工业出版社，　

定性分析后得出：事故树中与门占４０％，或ｆ］占　［５］　勋：１０，杨－１

玉￣’

中．矿山重大危险源辨识评价及预警技术［Ｍ］．北　

６０％，最小割集有１２８组，说明导致顶上时间途径较　京：冶金工业出版社，２００８：９—１２・　

多，而最小径集只有３组，控制途径较少，所以这个系　Ｍｉｎｅ　ｒｇｃｋｂｕｒｓｔ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆａｕｌｔ　ｔｒｅｅ　

Ｘｉｏｎｇ　Ｊｕｎｊｉｅ，Ｊｉｎｇ　Ｇｕｏｘｕｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ，ｗｈｉｌｅ　ｆａｕｌｔ　ｔｒｅｅ　ｃａｎ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅａｎｉｎｇｓ　ｆｏｒ　ｍｉｎｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ　Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　１　ｌ　ｔｈ　ｍｉｎｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　２００２　ａｎｄ　２０１０，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆ＇ａｕｈ　ｔｒｅｅ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｓｅｔ　ａｎｄ　ｃｕｔ　ｓｅｔ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｂｏｏｌｅａｎ　ａｌｇｅｂｒａ．Ｔｈｅ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｅｖｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ，ｋｅｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｅｖｅｎｔｓ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｅｖｅｎｔ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｅｖｅｎｔｓ　ｗａｓ　ｓｏｒｔｅｄ．Ｆｉ。　ｎａ１ｌｖ．ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｓｏｍｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ；ｆａｕＩｔ　ｔｒｅｅ；ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　（编辑：邢万芳）