安全系统课程设计.docx

安全系统课程设计.docx

《安全系统课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全系统课程设计.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

安全系统课程设计

石门揭煤瓦斯突出事故的事故树分析

1.概述

1.1石门揭煤瓦斯突出机理与特性

煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯能和应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯。

抛出煤岩从几吨到上万吨瓦斯从几百到上百万立方米，并可能诱发瓦斯爆炸。

地应力、瓦斯在突出过程的各个阶段所起的作用可以是不同的。

在通常情况下，突出的激发阶段，破碎煤体的主导力是地应力（包括重力应力、地质构造应力、采动引起的集中应力以及煤吸附瓦斯引起的附加应力等），因为地应力的大小通常比瓦斯压力高几倍；而在突出的发展阶段，剥离煤体靠地应力与瓦斯压力的联合作用，运送与粉碎煤炭是靠瓦斯内能。

煤与瓦斯突出是一种受多因素影响的、极其复杂的动力现象，对煤与瓦斯突出发生的原因至今还没有统一的认识，研究者提出了许多假说，总的来讲可归纳为以下3种。

1）.瓦斯作用说

瓦斯作用说认为煤与瓦斯突出的主要动力来源于高压瓦斯，即认为煤与瓦斯突出是因为采掘工作面接近或沟通了存储有大量高压瓦斯的区域（地点）时，高压瓦斯突出喷出造成的。

2）.地压作用说

地压作用说认为煤与瓦斯突出是地压作用的结果。

地压包括岩石静压力、地质构造力和采掘过程中形成的集中压力等。

在地压作用下，煤层处于弹性变形状态，积蓄着很大的潜能，当采掘工作接近或进行这些区域（地点）时，弹性潜能突然释放，使煤体破碎、抛出而发生突出。

3）.综合作用说

综合作用说认为煤与瓦斯突出是地压、瓦斯（包括瓦斯压力、含量和吸附瓦斯瞬时解吸速度等）、重力（主要是指急倾斜煤层而言）和煤的物理性质（包括煤的强度和破坏类型）综合作用的结果。

目前国内外大多学者认为综合作用说更切合实际。

1.2现状

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家。

根据统计，自1950年辽源矿务局发生首次煤与瓦斯突出以来，迄今为止全国先后有300对以上煤矿发生了煤与瓦斯突出20000次以上，死亡人数20000人以上。

全国15071个矿井中有647个为突出矿井。

其中煤层平巷突出次数最多，约占突出总数的45％左右，石门揭穿煤层的突出次数虽然不多（统配煤矿336次，占总数的5.2％），但其强度最大，平均强度586.1t（为总平均强度的6.55倍），且80％以上的特大型突出均发生在石门揭煤时。

石门揭煤在突出矿井的安全管理中是一个非常重要的部分，稍有不慎，就会酿成大祸。

近些年来，石门揭煤过程出现突出事故不绝于耳，给矿井的安全生产带来严重威胁。

如2004年郑州大平“10.20”事故就是因为石门揭煤引发了特大型的煤与瓦斯突出，继而引起瓦斯爆炸，造成148人死亡；2006年1月5日,安徽淮南矿业集团公司望峰岗煤矿主井井筒发生一起瓦斯突出事故，井下12名矿工遇难，给国家和人民的生命、财产造成不应有的损失。

2.事故危害性分析

2.1危害及后果

石门揭煤在突出矿井的安全管理中是一个非常重要的部分，稍有不慎，就会酿成大祸。

近些年来，石门揭煤过程出现突出事故不绝于耳，给矿井的安全生产带来严重威胁。

其危害后果主要表现在以下几方面：

1）.矿井中一旦发生煤与瓦斯突出，大量的煤岩固体物和瓦斯气体即以极快的速度喷出，巨大的冲击力会破坏井巷设施和装备。

2）.冲出的煤（岩）会堵塞巷道，埋压人员的阻绝人员撤出。

3.）煤与瓦斯突出会使通风系统遭到严重破坏，风流逆转，使众多的人员窒息、死亡。

4.）突出的瓦斯遇火还可能引发瓦斯爆炸、燃烧事故，造成井毁人亡的特大灾害事故。

2.2事故的主要原因

在石门揭煤瓦斯突出事故中，存在着很多的原因，事故的发生是各类原因综合作用的结果。

事故发生的总体原因是人的不安全行为、物的不安全状态、管理方面的因素和环境因素。

而此类事故发生的主要原因是外力引导和原煤层有瓦斯突出危险。

对其进行更详细的分类，具体原因如下：

1）.地质构造是造成突出的其中一个原因，构造应力是突出的内在动力源。

2）.由于煤层受到构造的影响，煤体结构遭到破坏，潜在有构造应力。

3）.开采深度和应力增加时是突出的内在原因。

随著开采深度的增加，地应力增大，瓦斯应力增大

4）.排放钻孔排放效果差，布孔存在空挡，未做到充分均匀卸压。

反而人为地造成应力集中。

5）放炮诱发煤与瓦斯突出

外力作用打破了原有的应力平衡状态使煤与瓦斯突出得以发生，是实现突出的人为因素，也是震动发炮作为安全防护措施的依据。

3.事故树编制

3.1事故树概述

事故树分析（FTA）也称故障树分析。

它从一个可能的事故（顶事件）开始，自上而下、一层一层地寻找顶事件的直接原因时间和间接原因事件，直到基本原因事件（基本事件），并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。

事故树分析是一种演绎分析法，即从结果分析原因的方法。

利用该逻辑图，既可以找到引发事故的直接原因，又能揭示发生事故的潜在因素，具有简明、形象化的特点，体现了以系统工程方法研究安全问题特有的系统性、准确性、和预测性，从而为安全措施的提出和事故的预防提供了有效的支持。

基于事故树分析法的矿井煤与瓦斯突出的安全分析，可以计算出导致矿井煤与瓦斯突出事故发生的各种可能途径，以及各个因素对矿井突出发生的影响程度，从而找到关键问题，制定科学的防范措施，使事故发生的可能性降为最小，有助于政府安全监督管理部门对煤矿安全生产实行宏观和煤矿企业自身搞好安全生产。

3.2事故树的构成

事故树是由各种事件符号和逻辑门构成的，事故树采用的符号包括事件符号、逻辑门符号和转移符号3大类。

3.3事故树的编制程序

1）、熟悉系统

要求要确实了解系统情况，包括工作程序、各种重要参数、作业情况，围绕所分析的事件进行工艺、系统、相关数据等资料的收集。

必要时画出工艺流程图和布置图。

2）、调查事故

要求在过去事故实例、有关事故统计基础上，尽量广泛地调查所能预想到的事故，即包括已发生的事故和可能发生的事故。

3）、确定顶上事件

所谓顶上事件，就是我们所要分析的对象事件。

选择顶上事件，一定要在详细了解系统运行情况、有关事故的发生情况、事故的严重程度和事故的发生概率等资料的情况下进行，而且事先要仔细寻找造成事故的直接原因和间接原因。

然后，根据事故的严重程度和发生概率确定要分析的顶上事件，将其扼要地填写在矩形框内。

顶上事件可以是已经发生过的事故。

如车辆追尾、道口火车与汽车相撞事故等事故。

通过编制事故树，找出事故原因，制定具体措施，防止事故再次发生。

也可以是未发生的事故。

4）、确定控制目标

根据以往的事故记录和同类系统的事故资料，进行统计分析，求出事故发生的概率（或频率），然后根据这一事故的严重程度，确定我们要控制的事故发生概率的目标值。

5）、调查分析原因

顶上事件确定之后，为了编制好事故树，必须将造成顶上事件的所有直接原因事件找出来，尽可能不要漏掉。

（直接原因事件可以是机械故障、人的因素或环境原因等。

）

方法有：

（1）.调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，包括设备故障、机械故障、操作者的失误、管理和指挥错误、环境因素等等，尽量详细查清原因和影响

（2）.召开有关人员座谈会

（3）.根据以往的一些经验进行分析，确定造成顶上事件的原因

6）、绘制事故树

这是FTA的核心部分。

在找出造成顶上事件的和各种原因之后，就可以从顶上事件起进行演绎分析，一级一级地找出所有直接原因事件，直到所要分析的深度，再用相应得事件符号和适当的逻辑门把它们从上到下分层连接起来，层层向下，直到最基本的原因事件，这样就构成一个事故树。

画成的事故树图是逻辑模型事件的表达。

既然是逻辑模型，那么各个事件之间的逻辑关系就应该相当严密、合理。

否则在计算过程中将会出现许多意想不到的问题。

因此，对事故树的绘制要十分慎重。

在制作过程中，一般要进行反复推敲、修改，除局部更改外，有的甚至要推倒重来，有时还要反复进行多次，直到符合实际情况，比较严密为止

在用逻辑门连接上下层之间的事件原因时，注意逻辑门的连接问题是非常重要的，含糊不得，它涉及到各种事件之间的逻辑关系，直接影响着以后的定性分析和定量分析。

例如：

若下层事件必须全部同时发生，上层事件才会发生时，必须用“与门”连接。

7）、定性分析

根据事故树结构进行化简，求出事故树的最小割集（一般用g表示）和最小径集，确定各基本事件的结构重要度排序。

当割集的数量太多，可以通过程序进行概率截断或割集阶截断；

8）、计算顶上事件发生概率

首先根据所调查的情况和资料，确定所有原因事件的发生概率，并标在事故树上。

根据这些基本数据，求出顶上事件（事故）发生概率。

9）、进行比较

要根据可维修系统和不可维修系统分别考虑。

对可维修系统，把求出的概率与通过统计分析得出的概率进行比较，如果二者不符，则必须重新研究，看原因事件是否齐全，事故树逻辑关系是否清楚，基本原因事件的数值是否设定得过高或过低等等。

对不可维修系统，求出顶上事件发生概率即可。

10）、定量分析

定量分析包括下列三个方面的内容：

当事故发生概率超过预定的目标值时，要研究降低事故发生概率的所有可能途径，可从最小割集着手，从中选出最佳方案。

利用最小径集，找出根除事故的可能性，从中选出最佳方案。

求各基本原因事件的临界重要度系数，从而对需要治理的原因事件按临界重要度系数大小进行排队，或编出安全检查表，以求加强人为控制。

这一阶段的任务是很多的，它包括计算顶上事件发生概率，此外还要进行重要度分析。

事故树分析方法原则上是这10个步骤。

但在具体分析时，可以根据分析的目的、投入人力物力的多少、人的分析能力的高低、以及对基础数据的掌握程度等，分别进行到不同步骤。

3.4事故树的编制规则。

事故树的编制过程是一个严密的逻辑推理过程，应遵循以下规则：

1）确定顶事件应优先考虑风险大的事故事件

2）确定边界条件的规则

3）循序渐进的规则

4）不允许门与门直接相连的规则

3.5事故树的编制

某煤矿的石门瓦斯具有突出危险，但仍实施震动性放炮揭开煤层，放炮后造成突出大量煤岩，喷出大量瓦斯；突出煤矸堆积在装车石门及下车场内。

后来继续采用远距离放炮，再次发生煤与瓦斯突出。

虽未造成人员伤亡，但导致井下大量基础设施被破坏。

现根据此事故编制事故树。

4.事故树分析

4.1定性分析

1）最小割集

割集是指由事故树某些基本事件构成的集合，且当集合中的事件都发生时，顶事件必然发生。

最小割集是指如果某个割集中任意除去一个基本事件就不再是割集，则称该割集为最小割集。

最小割集反应的是系统的危险性，运用布尔代数法进行计算：

T=A1*A2=（X1+X2+X3）*X4*X5*A5

=（X1+X2+X3）*（X6+X7）*X4*X5

=（X1+X2+X3）*（X4*X5*X6+X4*X5*X7）

=X1*X4*X5*X6+X1*X4*X5*X7+X2*X4*X5*X6+X2*X4*X5*X7+X3*X4*X5*X6+X3*X4*X5*X7

根据结构代数式T的展开式可得到6个最小割集,即引起石门揭煤瓦斯突出事故的“可能途径”有6种。

KI={X1,X4,X5,X6},K2={X1,X4,X5,X7},K3={X2,X4,X5,X6},K4={X2,X4,X5,X7},K5={X3,X4,X5,X6},K6={X3,X4,X5,X7}

2）成功树的建立

根据德・摩根定律:

（A+B）′=A′・B′和（A・B）′=A′+B′。

把事故树的顶端事件和底部事件分别取逆事件,即变各类事件发生为不发生,同时把事故树中的与门变为或门、或门变为与门,这样就把事故树变为成功树。

与简化后的事故树对应的成功树如图

3）最小径集

径集是指事故树某些基本事件的集合，当这些基本事件都不发生时，订事件必不发生。

最小径集是指如果在某个径集中任意去掉一个基本事件，它就不再是径集，则称这个径集叫最小割集。

最小割集反应了系统的安全性，运用布尔代数法进行计算：

T=a1+a2=x1*x2*x3+x4+a4+x5

=x1*x2*x3+x4+x5+x6*x7

根据结构代数式T′的展开式可得到4个成功树的最小割集,也就是原事故树的最小径集,表示不使石门揭煤瓦斯突出事故发生的“可能途径”有4种:

P1={x1,x2,x3},P2={x4},P3={x5},P4={x6,x7}.

4.2定量分析

在石门揭煤瓦斯突出事故中，各基本事件的发生概率分别为：

基本原因事件

概率Pi

基本原因事件

概率Pi

开采深度加大

10^-3

地应力集中

10^-3

瓦斯排放钻孔排放效果差

10^-2

无区域预防措施

10^-3

放炮

10^-2

出现瓦斯包

10^-2

煤体结构强度差

10^-3

1）结构重要度的计算

根据计算公式，课本中50页。

可得结构重要排序为X4=X5>X6=X7>X1=X2

2）概率重要度的计算

3）临界重要度的计算

4）顶事件发生概率的计算

4.3事故发生的原因分析

根据最小割集的求取,每个最小割集都是顶端事件发生的一种途径,任何最小割集中的基本事件全部发生都会导致顶端事件的发生即引起瓦斯突出事故。

上式求出的6个最小割集都是事故发生的基本原因，就是因为它们的发生才会导致顶事件的发生。

要想预防事故的发生，就要杜绝最小割集中基本事件的发生。

5.安全技术措施

1）加强石门揭煤前的管理，提前下达石门揭煤通知书

2）在石门揭煤前必须加强石门巷道的支护，工作面迎头必须安装“前探梁”

3）由于在揭煤过程中可能会有瓦斯涌出，为保证安全，防止瓦斯爆炸，相关部门应在该巷道原配风量的基础上，再加大120m3/min的风量，确保瓦斯的排放、稀释，瓦斯浓度控制在0.1-0.3%以下

5）为防止瓦斯排放钻孔排放效果差，揭煤后煤层中瓦斯浓度较大，可采取多钻孔、大孔径，多排孔排放瓦斯。

并结合震动性放炮来减少瓦斯的压力

6）为井下工作人员的安全，石门“揭煤放炮”采用远距离爆破，设专人警戒

7）远距离爆破时，回风系统及石门巷道必须停电撤人，爆破后，进入工作面检查的时间必须大于30min

8）石门揭煤地点应避开地质构造带，避免因煤体结构差和地应力集中等因素而导致事故的发生。

9）在揭煤之前要做好充分的预防措施，针对各种可能发生的事故都要有相应的预防措施。

10）在揭煤过程中开采深度要适中，避免因深度过大而导致事故。

在煤矿开采过程中，对于瓦斯、煤与瓦斯突出、石门揭煤的监、预测、预防和治理非常重要，在矿井的施工开采中有必要加强管理，采取必要的针对性治理措施，建立健全各项制度，配齐上全监、预测设备等，将灾害控制在零点，对煤炭企业和个人均是以大笔的经济收益。

6．结论与展望

6.1结论

（1）图中有7个基本事件，从采煤面瓦斯爆炸事故树来看。

最小割集有6组，数量较少，表明矿井石门揭煤瓦斯突出事故的发生有6种可能途径，充分说明事故的可能性与危险性都比较大。

其中每一组最小割集都只含有四个基本事件。

只要任意一组最小割集发生就会引起瓦斯突出。

（2）从石门揭煤瓦斯突出事故成功树可看出有4个最小径集，只要每个最小径集的基本事件都不发生，就能控制事故不发生。

系统中最小径集越少，则系统越不安全，石门揭煤瓦斯突出事故只有四个最小径集，说明石门是一个相对不安全的系统。

求出了系统的全部最小径集，就知道有几种控制系统事故的方案，即可以拟订4种处理方案，这4种途径均使事故可能不发生。

从这4个最小径集中可以看出，事件最少的是P2和P3，所以应视P2和P3为控制瓦斯突出的最优途径。

（3）由结构重要度分析结果知，基本事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9结构重要度最大，其重要性在系统中占首位，其次是X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21。

所以，应选择控制瓦斯浓度、通风环境，作为预防瓦斯爆炸的主要措施。

（4）由顶上事件概率分析得知P（T）=7.14*10-6，可以看出只要控制好每一个环节，顶上事件发生的概率还是相对很小的。

（5）由概率重要度的分析得知，基本事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9概率重要度最大，其重要性在系统中占首位，其次是X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21。

所以，同理应选择控制瓦斯浓度、通风环境，作为预防瓦斯爆炸的主要措施。

　（6）由危险重要度分析得知，随意关电、摩擦火花、矿灯出火等都是在采煤工作面最危险的行为。

而这些都可以通过加强人员的管理而控制的。

综合以上分析可知，为确保煤矿安全生产和石门揭煤安全，要在揭煤之前加强预测和测定瓦斯浓度。

同时，还要采取各种保护措施，一旦发生意外，必须采取紧急措施，防止瓦斯爆炸，要保证井下人员和设备财产的安全。

此外，事故树中的基本事件不一定就是终极事件，有时还应根据具体的情况和要求对其进行更深入的分析。

6.2展望与建议

在石门揭煤过程中，只要技术运用合理和采取的措施得当，可有效的减少经济损失和人员伤亡，并为国家创造巨大的经济效益。

现在随着科学技术的发展和国家对安全越来越重视，煤矿作为国家的高危行业，自然也受到国家的高度关注，与之相关的法律不断出台和修正，并逐渐完善。

因此在石门揭煤过程中所采取的技术和工艺也日新月异，大大揭煤过程中的繁琐的程序，并且使事故率大大的降低了。

事故发生的主要原因还是人的不安全行为、物的不安全状态和管理因素。

所以我认为要减少此类事故的发生除了高科技技术和设备的应用之外，人还是其中最关键的因素，只有不断加强人的安全意识，才能从根本上解决安全问题。

如果人人都把安全问题放在第一位，事故的发生率也会逐渐降低。

所以要在安全生产中加强人的安全意识的培养和安全管理，真正的从源头上解决安全问题。