用FTA技術分析預防瓦斯爆炸事故
肖忠華
(貴州省甕安煤礦,貴州甕安550405)
摘 要:運用事故樹分析方法對瓦斯爆炸事故產生的原因進行分析,通過計算事故樹的最小割
集、最小徑集與基本事件的結構重要度,分析給出了瓦斯爆炸事故的預防措施。
中圖分類號:TD712+.72 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)01-0045-04
瓦斯(主要成分CH4)是一種能夠燃燒和爆炸的氣體。瓦斯爆炸就是礦井空氣中的O2與CH4進行劇烈化學反應,形成高溫(1 850~2
瓦斯爆炸是煤礦安全生產中最慘重的自然災害之一,其產生的人員傷亡、經濟損失和社會危害是非常嚴重的。煤炭企業從業人員,特別是采掘一線的從業人員,對瓦斯爆炸的條件、原因、規律和預防措施進行全面、系統的認識和掌握,極為重要。通過對煤礦瓦斯防治過程中的潛在危險、有害因素的辨識,并應用事故樹分析方法進行分析,研究怎樣防止在煤礦生產過程中發生瓦斯爆炸事故,以達到從源頭杜絕這類事故的目的。事故樹是一種從結果到原因分析事故的有向邏輯樹,是一種邏輯分析過程,遵從邏輯學演繹分析原則。事故樹(FTA,也稱故障樹)分析技術是貝爾電話實驗室于1962年開發的,它采用邏輯分析方法進行危險性分析,直觀、明了、思路清晰,邏輯性強,可作定性分析、也可作定量分析,是安全系統工程的主要分析方法之一。也是分析、預測和控制事故常用的一種有效方法。下面用該方法分析瓦斯爆炸的原因和條件,并提出相應的預防措施。
1 瓦斯爆炸事故的危險有害因素分析瓦斯爆炸必須具備3個條件,即礦井空氣中一定濃度的的CH4(5%~16%);一定的引燃溫度(650~
煤礦井下的引爆火源主要有:電火花,如機電設備失爆,帶電作業,雜亂電流等可能引起電火花;爆破火焰,如使用非煤礦用爆破器材和不合理的爆破工藝,炮眼深度不夠,炮泥不滿,放明炮、糊炮,爆破母線裸露等有可能引起爆破火焰;明火,如井下如煙,穿化纖衣服入井,在井下和井口房內從事施焊作業等可能引起明火;撞擊摩擦也會引起火花。管理因素主要是由于少數煤礦從業人員不盡職責,思想麻痹大意,存在僥幸心理,甚至違章指揮、違章作業等的失職行為,造成瓦斯積聚和引爆火源,引起瓦斯爆炸。主要是由于管理上存在缺陷造成的。
根據上述危險、有害因素分析,可作出瓦斯爆炸的事故樹圖。如圖1所示。
2 瓦斯爆炸事故樹分析事故樹的定性分析主要是求取其最小割集和最小徑集,進而識別導致事故的基本事件與人為失誤的組合,為人們提供設法避免或減少導致事故基本原因的線索,降低事故發生的可能性;同時對導致事故的各種危險、有害因素及其邏輯關系做出全面、簡
潔和形象的描述,便于查明系統內固有的或潛在的各種危險、有害因素,為煤礦設計、施工和安全生產管理提供科學依據,使從業人員能全面掌握瓦斯防治要點。
2.1 求解事故樹的最小割集割集是導致頂上事件發生的基本事件的集合。
最小割集是導致頂上事件發生的最低限度的基本事件的集合。每個最小割集都是導致頂上事件發生的一種可能,最小割集越多,系統就越危險。事故的發生必然是某個最小割集中的幾個基本事件同時存在的結果,最小割集清楚反映了事故發生的各種可能模式,對掌握事故規律、查明事故原因大有幫助。一個最小割集代表一種事故模式,從其中可以直觀地發現系統中最薄弱的環節,判斷出哪種模式最危險,哪些次之,哪些可以忽略以及如何采取預防措施,使事故發生的概率降到最低。
利用布爾代數知識,可得出瓦斯爆炸事故樹的結構函數如下:
T = A
= (x1+B1+B2+B3+B4+ x3)(x4+B5+
B6+B7+ x2+ x5+B8+B9+B10)a
= (x1+ x3+ x6+ x7+…+ x17+ x18)(x2+
x4+ x5+ x19+ x20+…+ x38+ x39)a
由上式得出事故樹的最小割集如下:
第1組:{x1,x2,a};{x1,x4,a};{x1,x5,a};
{x1,x19,a}; {x1,x20,a};…; {x1,x38,a}; {x1,x
39,a}。24個。
第2組:{x3,x2,a};{x3,x4,a};{x3,x5,a};
{x3,x19,a}; {x3,x20,a};…; {x3,x38,a}; {x3,
x39,a}。24個。
第3組:{x6,x2,a};{x6,x4,a};{x6,x5,a};
{x6,x19,a}; {x6,x20,a};…; {x6,x38,a}; {x6,
x39,a}。24個。
第4組:{x7,x2,a};{x7,x4,a};{x7,x5,a};
{x7,x19,a}; {x7,x20,a};…; {x7,x38,a}; {x7,
x39,a}。24個。
……
第14組:{x17,x2,a};{x17,x4,a};{x17,x5,
a}; {x17,x19,a}; {x17,x20,a};…; {x17,x38,a};
{x17,x39,a}。24個。
第15組:{x18,x2,a};{x18,x4,a};{x18,x5,
a}; {x18,x19,a}; {x18,x20,a};…; {x18,x38,a};
{x18,x39,a}。24個。
共15組,每組24個,累計360個。
不難看出,導致頂上事件發生的模式有360種,如果要使其不發生同,則要求A1和A2不發生,即需要控制360個最小割集,因此,該系統發生危險的可能性是很大的。
2.2 求解事故樹的最小徑集徑集是使頂上事件發生的基本事件的集合。最小徑集是使頂上事件不發生的最低限度的基本事件的集合。每個最小徑集都是使頂上事件不發生的一種可能。最小徑集越多,系統就越安全。最小徑集中的幾個基本事件都不發生,頂上事件就不會發生。
通過最小徑集可以了解到,使頂上事件不發生的各種可能的方案,從而為控制事故提供科學依據。一般情況下,最小徑集中基本事件越少,則越容易控制,使其不發生,即系統越安全。因此,對少事件的最小徑集加控制更為有利于整個系統的安全。
最小徑集的求法是利用它與最小割集的對偶性。首先,做出與事故樹對偶的成功樹,即把原來的事故樹的與門換成或門,或門換成與門,各類事件發生換成不發生,再利用布爾代數求解成功樹的最小割集,再轉換為事故樹的最小徑集。該事故樹的最小徑集為:
T′= A1′+ A2′+ a′
= x1′B1′B2′B3′B4′x3′+
x4′B6′B7′x2′x5′B8′B9′B10′+ a
= x1′x3′x6′x7′…x17′x18′+
x2′x4′x5′x19′x20′…x38′x39′+ a′
即得到事故樹的3個最小徑集,分別為:{x1,x3,x6,x7,…x17,x18,};由15個基本事件組成。
{x2,x4,x5,x19,x20,…x38,x39,};由24個基本事件組成。
{a};由1個基本事件組成。
說明控制{a}使頂上事件不發生是最有效的,但控制{a}是做不到的。控制頂上事件不發生只有2條途徑。
2.3 事故樹的結構重要度分析
結構重要度分析是在不考慮各基本事件發生的概率的情況下,分析各基本事件的發生對頂上事件的發生所產生的影響程度。結構重要度系數是從事故樹結構上反映基本事件的重要程度,為從結構上改進系統的安全性提供依據。根據結構重要系數的大小,得出基本事件的結構重要度順序如下:
Iφ(a)> Iφ(1)= Iφ(3)= Iφ(6)= Iφ(7)=…
= Iφ(17)= Iφ(17)= Iφ(18)
> Iφ(2)= Iφ(4)= Iφ(5)= Iφ(19)= Iφ(20)
=…= Iφ(38)= Iφ(39)
說明a對頂上事件的影響最大,但是,這在礦井生產中是做不到的。火源的影響次之,瓦斯積聚因其影響因素最多而為最小。
3 瓦斯爆炸事故的預防措施如前所述,360個最小割集,說明引起瓦斯爆炸的因素繁多,情況復雜,煤礦生產系統中發生瓦斯爆炸的危險性很大。3個最小徑集,說明預防瓦斯爆炸事故應從3個方面入手,但通過降低O2(即使a不發生)的辦法來防止瓦斯爆炸是沒有意義的,只有從控制瓦斯積聚和控制火源入手了,而控制火源的基本事件較少,相對于瓦斯積聚更容易控制一些。
綜合考慮結構重要度系數、礦井生產現場實施預防工作的可能性和可靠性,筆者認為杜絕井下火源的生產,應擺在防止瓦斯爆炸的首位,但此類事故的發生受眾多因素的影響,且各因素之間又是相作用、相互聯系的。因此,控制井下瓦斯積聚也是必不可少而且非常重要的手段,決不能放松。
防止瓦斯爆炸,就是消除引發瓦斯爆炸的基本條件。生產實踐中應采取如下措施:
4.1 消除或避免管理缺陷
(1)煤礦企業領導必須高度重視牢固樹立“安全第一”的思想,確實把安全工作放在首位,堅持“以人為本”,充分發揮人在安全生產中的作用。強化以“安全第一,預防為主”為其唯一價值觀的正面安全文化場,提高從業人員的安全角色意識和安全角色能力,形成對安全生產特別是“一通三防”的全員全方位、全過程管理。減少或消除人的不安全行為和物的不安全狀態以及由人的不安全行為而造成的物的不安全狀態和不安全的生產作業環境,從而消除或避免企業安全管理缺陷和管理失職。
(2)建立健全并從組織制度、基礎條件、教育培訓、管理機制、獎懲激勵五個方面認真落實好各項安全生產規章制度和操作規程,從組織制度上消除或避免管理缺陷和管理失職。
4.2 杜絕井下火源
(1)禁止在井口、通風機房周圍
(2)嚴禁攜帶煙草、點火物和穿化纖衣服入井;嚴禁攜帶易燃物品入井,必須帶入井下的易燃品要經總工程師批準。
(3)不得在井下和井口房內從事施焊作業。如必須在井下進行施焊作業時,每次都必須制定安全措施,報經礦長批準,并遵守《煤礦安全規程》有關規定。回風巷不準施焊作業。
(4)嚴禁在井下存放汽油、煤油、變壓器油等。井下使用的棉紗、布頭、潤滑油等,必須放在有蓋的鐵桶內,嚴禁亂扔亂放和灑在巷道、硐室或采空區內。
(5)防止煤炭氧化自燃,加強火區檢查與管理,定期采樣分析,防止復燃。
(1)嚴格爆破器材和爆破工藝管理,井下嚴禁使用產生火焰的爆破器材和爆破工藝。井下爆破作業,必須使用煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管。(2)炮眼深度和裝藥量要符合“作業規程”規定;炮泥裝填要滿、要實,并堅持使用水泡泥。禁止放明炮、糊炮。
(3)禁止使用明接頭或裸露的爆破母線;爆破母線與發爆器的聯結要牢固,防止產生電火花;爆破員盡量在進風流中啟動發爆器。
(4)嚴格執行:“一炮三檢”制度。
(1)井口和井下電氣設備必須有防雷和防短路保護裝置;采取有效措施防治井下雜亂電流。(2)加強機電設備及供電線路的管理,完善機電設備的各類保護措施,定期進行檢查維修。不準使
用失爆的機電設備。井下嚴禁帶電作業。杜絕“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭。
(3)局部通風機開關要設風電閉鎖、瓦斯電閉鎖裝置、檢漏裝置等。
(4)發放的礦燈要符合要求;嚴禁在井下拆開、敲打和撞擊燈頭和燈盒。
(1)礦井中使用的如塑料、橡膠、樹脂等高分子材料制品,其表面電阻應低于規定值。
(2)禁止一切非生產需要的火源入井;對生產中可能出現的熱源嚴加管理,防止熱源產生或限定其引燃瓦斯的能力。
4.3 防止瓦斯積聚的措施
(1)嚴格執行“以風風產,監測監控,先抽后采”的瓦斯治理方針。
(2)礦井通風是防止瓦斯積聚的基本措施。有效穩定的和連續的通風是稀釋和排出井下瓦斯的保證。必須按要求建立和完善礦井通風系統,保證工作面有足夠的風量;加強局部通風管理、風筒管理;強化對巷道貫通、石門揭煤、采掘工作面過地質構造帶、工作面停復產、盲巷排放瓦斯、開起火區或密閉等的通風安全管理,使井下瓦斯濃度符合《規程》要求。
(3)嚴格執行瓦斯檢查制度。并嚴格遵守《規程》的有關規定。
(4)嚴格執行《規程》中有關瓦斯濃度的規定和瓦斯超限和局部瓦斯積聚。
(5)對于采用通風方法不能解決瓦斯超限問題的礦井或工作面,必須進行瓦斯抽放。
作者簡介:肖忠華(1965-),工學學士,高級工程師,經濟師,1987年畢業于西安礦業學院采礦工程系,現任貴州省甕安煤礦副總工程師、生產技術科科長,畢業至今一直從事地方煤礦基層生產技術工作,曾在國內專業雜志上發表論文7篇。
