用FTA技术分析预防瓦斯爆炸事故.docx

1、用FTA技术分析预防瓦斯爆炸事故用FTA技术分析预防瓦斯爆炸事故肖忠华(贵州省瓮安煤矿,贵州瓮安550405)摘要:运用事故树分析方法对瓦斯爆炸事故产生的原因进行分析,通过计算事故树的最小割集、最小径集与基本事件的结构重要度,分析给出了瓦斯爆炸事故的预防措施。关键词:事故树;分析;瓦斯爆炸;预防措施中图分类号:TD712+.72文献标识码:B文章编号:1003-496X(2006)01-0045-04瓦斯(主要成分CH4)是一种能够燃烧和爆炸的气体。瓦斯爆炸就是矿井空气中的O2与CH4进行剧烈化学反应,形成高温(18502650)、高压(爆炸前矿井空气压力的10倍),同时产生CO等大量有毒有害

2、气体并以极高的速度沿井巷从爆炸源冲出而产生的动力现象。瓦斯爆炸是煤矿安全生产中最惨重的自然灾害之一,其产生的人员伤亡、经济损失和社会危害是非常严重的。煤炭企业从业人员,特别是采掘一线的从业人员,对瓦斯爆炸的条件、原因、规律和预防措施进行全面、系统的认识和掌握,极为重要。通过对煤矿瓦斯防治过程中的潜在危险、有害因素的辨识,并应用事故树分析方法进行分析,研究怎样防止在煤矿生产过程中发生瓦斯爆炸事故,以达到从源头杜绝这类换行事故的目的。事故树是一种从结果到原因分析事故的有向逻辑树,是一种逻辑分析过程,遵从逻辑学演绎分析原则。事故树(FTA,也称故障树)分析技术是贝尔电话实验室于1962年开发的,它采

3、用逻辑分析方法进行危险性分析,直观、明了、思路清晰,逻辑性强,可作定性分析、也可作定量分析,是安全系统工程的主要分析方法之一。也是分析、预测和控制事故常用的一种有效方法。下面用该方法分析瓦斯爆炸的原因和条件,并提出相应的预防措施。1瓦斯爆炸事故的危险有害因素分析瓦斯爆炸必须具备3个条件,即矿井空气中一定浓度的的CH4(5%16%);一定的引燃温度(650750);充足的O2(12%)。引起瓦斯爆炸的原因很多,归纳起来主要有瓦斯积聚、引爆火源、管理缺陷3个方面。瓦斯积聚是指采掘工作面及其它地点,体积0.5m3的空间内积聚瓦斯浓度2%的现象,是瓦斯爆炸的根源。其原因有:局部通风机停止运转;风筒断开

4、或严重漏风;采掘工作面风量不足;局部通风机出现循环风;风流短路;通风系统不合理;地质构造区域、某些特殊地段或某些特殊情况下的瓦斯涌出异常;采空区、盲巷、支架背后空间巷道高顶区、局部地点的瓦斯积聚。煤矿井下的引爆火源主要有:电火花,如机电设备失爆,带电作业,杂乱电流等可能引起电火花;爆破火焰,如使用非煤矿用爆破器材和不合理的爆破工艺,炮眼深度不够,炮泥不满,放明炮、糊炮,爆破母线裸露等有可能引起爆破火焰;明火,如井下如烟,穿化纤衣服入井,在井下和井口房内从事施焊作业等可能引起明火;撞击摩擦也会引起火花。换行管理因素主要是由于少数煤矿从业人员不尽职责,思想麻痹大意,存在侥幸心理,甚至违章指挥、违章

5、作业等的失职行为,造成瓦斯积聚和引爆火源,引起瓦斯爆炸。主要是由于管理上存在缺陷造成的。根据上述危险、有害因素分析,可作出瓦斯爆炸的事故树图。如图1所示。2瓦斯爆炸事故树分析事故树的定性分析主要是求取其最小割集和最小径集,进而识别导致事故的基本事件与人为失误的组合,为人们提供设法避免或减少导致事故基本原因的线索,降低事故发生的可能性;同时对导致事故的各种危险、有害因素及其逻辑关系做出全面、简洁和形象的描述,便于查明系统内固有的或潜在的各种危险、有害因素,为煤矿设计、施工和安全生产管理提供科学依据,使从业人员能全面掌握瓦斯防治要点。2.1求解事故树的最小割集割集是导致顶上事件发生的基本事件的集合

6、。最小割集是导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合。每个最小割集都是导致顶上事件发生的一种可能,最小割集越多,系统就越危险。事故的发生必然是某个最小割集中的几个基本事件同时存在的结果,最小割集清楚反映了事故发生的各种可能模式,对掌握事故规律、查明事故原因大有帮助。一个最小割集代表一种事故模式,从其中可以直观地发换行现系统中最薄弱的环节,判断出哪种模式最危险,哪些次之,哪些可以忽略以及如何采取预防措施,使事故发生的概率降到最低。利用布尔代数知识,可得出瓦斯爆炸事故树的结构函数如下:T=A1A2a=(x1+B1+B2+B3+B4+x3)(x4+B5+B6+B7+x2+x5+B8+B9+B10)

7、a=(x1+x3+x6+x7+x17+x18)(x2+x4+x5+x19+x20+x38+x39)a由上式得出事故树的最小割集如下:第1组:x1,x2,a;x1,x4,a;x1,x5,a;x1,x19,a;x1,x20,a;x1,x38,a;x1,x39,a。24个。第2组:x3,x2,a;x3,x4,a;x3,x5,a;x3,x19,a;x3,x20,a;x3,x38,a;x3,x39,a。24个。第3组:x6,x2,a;x6,x4,a;x6,x5,a;x6,x19,a;x6,x20,a;x6,x38,a;x6,x39,a。24个。第4组:x7,x2,a;x7,x4,a;x7,x5,a;x7

8、,x19,a;x7,x20,a;x7,x38,a;x7,x39,a。24个。第14组:x17,x2,a;x17,x4,a;x17,x5,a;x17,x19,a;x17,x20,a;x17,x38,a;x17,x39,a。24个。第15组:x18,x2,a;x18,x4,a;x18,x5,a;x18,x19,a;x18,x20,a;#123换行;x18,x38,a;x18,x39,a。24个。共15组,每组24个,累计360个。不难看出,导致顶上事件发生的模式有360种,如果要使其不发生同,则要求A1和A2不发生,即需要控制360个最小割集,因此,该系统发生危险的可能性是很大的。2.2求解事故树

9、的最小径集径集是使顶上事件发生的基本事件的集合。最小径集是使顶上事件不发生的最低限度的基本事件的集合。每个最小径集都是使顶上事件不发生的一种可能。最小径集越多,系统就越安全。最小径集中的几个基本事件都不发生,顶上事件就不会发生。通过最小径集可以了解到,使顶上事件不发生的各种可能的方案,从而为控制事故提供科学依据。一般情况下,最小径集中基本事件越少,则越容易控制,使其不发生,即系统越安全。因此,对少事件的最小径集加控制更为有利于整个系统的安全。最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶性。首先,做出与事故树对偶的成功树,即把原来的事故树的与门换成或门,或门换成与门,各类事件发生换成不发生,再利用布尔

10、代数求解成功树的最小割集,再转换为事故树的最小径集。该事故树的最小径集为:T=A1+A2+a=x1B1B2B3B4x3+x4B6B7x2x5B8B9B10+a=x1x3x6x7x17x18+x2x4x5x19x20x38x39+a即得到事故树的3个最小径集,分别为:x1,x3,x6,x7,x17,x18,;由15个基本事件组成。x2,x4,x5,x19,x20,x38,x39,;由24个基本事件组成。a;由1个基本事件组成。说明控制a使顶上事件不发生是最有效的,但控制a是做不到的。控制顶上事件不发生只有2条途径。2.3事故树的结构重要度分析结构重要度分析是在不考虑各基本事件发生的概率的情况下,

11、换行分析各基本事件的发生对顶上事件的发生所产生的影响程度。结构重要度系数是从事故树结构上反映基本事件的重要程度,为从结构上改进系统的安全性提供依据。根据结构重要系数的大小,得出基本事件的结构重要度顺序如下:I(a)I(1)=I(3)=I(6)=I(7)=I(17)=I(17)=I(18)I(2)=I(4)=I(5)=I(19)=I(20)=I(38)=I(39)说明a对顶上事件的影响最大,但是,这在矿井生产中是做不到的。火源的影响次之,瓦斯积聚因其影响因素最多而为最小。3瓦斯爆炸事故的预防措施如前所述,360个最小割集,说明引起瓦斯爆炸的因素繁多,情况复杂,煤矿生产系统中发生瓦斯爆炸的危险性很

12、大。3个最小径集,说明预防瓦斯爆炸事故应从3个方面入手,但通过降低O2(即使a不发生)的办法来防止瓦斯爆炸是没有意义的,只有从控制瓦斯积聚和控制火源入手了,而控制火源的基本事件较少,相对于瓦斯积聚更容易控制一些。综合考虑结构重要度系数、矿井生产现场实施预防工作的可能性和可靠性,笔者认为杜绝井下火源的生产,应摆在防止瓦斯爆炸的首位,但此类事故的发生受众多因素的影响,且各因素之间又是相作用、相互联系的。因此,控制井下瓦斯积聚也是必不可少而且非常重要的手段,决不能放松。防止瓦斯爆炸,就是消除引发瓦斯爆炸的基本条件。生产实践中应采取如下措施:4.1消除或避免管理缺陷(1)煤矿企业领导必须高度重视牢固树

13、立“安全第一”的思想,确实把安全工作放在首位,坚持“以人为本”,充分发挥人在安全生产中的作用。强化以“安全第一,预防为主”为其唯一价值观的正面安全文化场,提高从业人员的安全角色意识和安全角色能力,形成对安全生产特别是“一通三防”的全员全方位、全过程管理。减少或消除人的不安全行为和物的不安全状态以及由人的不安全行为而造成的物的不安全状态和不换行安全的生产作业环境,从而消除或避免企业安全管理缺陷和管理失职。(2)建立健全并从组织制度、基础条件、教育培训、管理机制、奖惩激励五个方面认真落实好各项安全生产规章制度和操作规程,从组织制度上消除或避免管理缺陷和管理失职。4.2杜绝井下火源4.2.1防止明火

14、(1)禁止在井口、通风机房周围20m以内使用明火、吸烟或用火炉取暖。井下禁止使用电炉或灯泡取暖。(2)严禁携带烟草、点火物和穿化纤衣服入井;严禁携带易燃物品入井,必须带入井下的易燃品要经总工程师批准。(3)不得在井下和井口房内从事施焊作业。如必须在井下进行施焊作业时,每次都必须制定安全措施,报经矿长批准,并遵守煤矿安全规程有关规定。回风巷不准施焊作业。(4)严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等。井下使用的棉纱、布头、润滑油等,必须放在有盖的铁桶内,严禁乱扔乱放和洒在巷道、硐室或采空区内。(5)防止煤炭氧化自燃,加强火区检查与管理,定期采样分析,防止复燃。4.2.2防止出现爆破火焰(1)严格爆破

15、器材和爆破工艺管理,井下严禁使用产生火焰的爆破器材和爆破工艺。井下爆破作业,必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管。(2)炮眼深度和装药量要符合“作业规程”规定;炮泥装填要满、要实,并坚持使用水泡泥。禁止放明炮、糊炮。(3)禁止使用明接头或裸露的爆破母线;爆破母线与发爆器的联结要牢固,防止产生电火花;爆破员尽量在进风流中启动发爆器。(4)严格执行:“一炮三检”制度。4.2.3防止出现电火花换行(1)井口和井下电气设备必须有防雷和防短路保护装置;采取有效措施防治井下杂乱电流。(2)加强机电设备及供电线路的管理,完善机电设备的各类保护措施,定期进行检查维修。不准使用失爆的机电设备。井下严禁带电作业。

16、杜绝“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头。(3)局部通风机开关要设风电闭锁、瓦斯电闭锁装置、检漏装置等。(4)发放的矿灯要符合要求;严禁在井下拆开、敲打和撞击灯头和灯盒。4.2.4其他引火源的治理(1)矿井中使用的如塑料、橡胶、树脂等高分子材料制品,其表面电阻应低于规定值。(2)禁止一切非生产需要的火源入井;对生产中可能出现的热源严加管理,防止热源产生或限定其引燃瓦斯的能力。4.3防止瓦斯积聚的措施(1)严格执行“以风风产,监测监控,先抽后采”的瓦斯治理方针。(2)矿井通风是防止瓦斯积聚的基本措施。有效稳定的和连续的通风是稀释和排出井下瓦斯的保证。必须按要求建立和完善矿井通风系统,保证工作面有足够的风量;加强局部通风管理、风筒管理;强化对巷道贯通、石门揭煤、采掘工作面过地质构造带、工作面停复产、盲巷排放瓦斯、开起火区或密闭等的通风安全管理,使井下瓦斯浓度符合规程要求。(3)严格执行瓦斯检查制度。并严格遵守规程的有关规定。(4)严格执行规程中有关瓦斯浓度的规定和瓦斯超限和局部瓦斯积聚。(5)对于采用通风方法不能解决瓦斯超限问题的矿井或工作面,必须进行瓦斯抽放。作者简介:肖忠华(1965-),工学学士,高级工程师,经济师,1987年毕业于西安矿业学院采矿工程系,现任贵州省瓮安煤矿副总工程师、生产技术科科长,毕业至今一直从事地方煤矿基层生产技术工作,曾在国内专业杂志上发表论文7篇。换行