基于最小徑集法的采煤工作面瓦斯爆炸事故樹研究

基于最小徑集法的采煤工作面瓦斯爆炸事故樹研究

0事故樹分析法的應(yīng)用磚瓦爆炸是中國煤礦生產(chǎn)中最常見的事故。它不僅造成大量人員傷亡，而且嚴(yán)重破壞了井和道路設(shè)施，中斷了生產(chǎn)，導(dǎo)致了煤渣爆炸、井火災(zāi)和井巷坍塌等二次事故，給國家造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此,如何在事故發(fā)生前就能預(yù)見事故發(fā)生的可能性,清查事故原因,排除事故隱患,對(duì)于預(yù)防瓦斯爆炸,減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失十分必要。在煤礦復(fù)雜的生產(chǎn)條件下,導(dǎo)致瓦斯爆炸因素復(fù)雜多樣,如管理因素、施工因素及技術(shù)因素等,這些因素不僅相互交叉,而且往往只能作為定性描述,這給具體的事故分析帶來了許多困難。事故樹分析法是從特定的事故開始,考察可能引起該事故的各種可能的原因及其相互關(guān)系的系統(tǒng)安全分析法,應(yīng)用這種方法可使事故分析有條不紊地進(jìn)行,因而在復(fù)雜事故分析中有重要作用。運(yùn)用安全系統(tǒng)工程中的事故樹分析法,對(duì)采煤工作面瓦斯爆炸原因進(jìn)行研究,可以有效地解決這些問題。1瓦斯襲擊事故樹分析的基本原理事故樹分析法(FaultTreeAnalysis),簡(jiǎn)稱(FAT)法,是安全系統(tǒng)工程最常用和最重要的分析方法,是判斷、研究復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)生事故的有力的分析工具。該方法實(shí)質(zhì)上是一個(gè)布爾邏輯模型。這個(gè)模型描繪了系統(tǒng)中事件之間的關(guān)系。這些事件導(dǎo)致一個(gè)最終的結(jié)局發(fā)生,稱此結(jié)局為頂上事件。在安全分析中,頂上事件被定為一個(gè)不希望有的事件(事故或故障),故命名為“事故樹”或“故障樹”。事故樹分析法,適用于對(duì)作業(yè)系統(tǒng)安全性的分析。由于該方法具有演繹推理功能,是從因果鏈去考慮各種事件的組合輸出,可以對(duì)每個(gè)事件按其引發(fā)頂上事件的重要性(或敏感度)進(jìn)行分級(jí)。如果能夠獲得各個(gè)事件發(fā)生的概率,則可對(duì)各個(gè)事件導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的重要性做出準(zhǔn)確的排序,并能進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)方面的預(yù)測(cè)。瓦斯爆炸事故樹分析是把瓦斯爆炸事故作為分析的頂上事件,然后尋找導(dǎo)致這一頂上事件發(fā)生的全部基本事件。用基本事件發(fā)生的概率來推算頂上事件發(fā)生的可能,從而對(duì)工作面瓦斯爆炸進(jìn)行預(yù)測(cè)。生產(chǎn)中導(dǎo)致瓦斯爆炸的因素,往往涉及許多基本事件,且各基本事件之間又相互聯(lián)系,僅依靠經(jīng)驗(yàn)判斷事故發(fā)生的可能,具有很大的盲目性和片面性。隨著科技的不斷發(fā)展和社會(huì)文明的進(jìn)步,對(duì)煤礦安全問題的要求也越來越高。為保證安全生產(chǎn),預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生,有必要事先了解可能導(dǎo)致瓦斯爆炸發(fā)生的危險(xiǎn)因素,找出事故發(fā)生的原因,因此,必須從可能導(dǎo)致瓦斯爆炸的每個(gè)基本事件進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)地分析和評(píng)價(jià)。事故樹分析的優(yōu)點(diǎn)主要有:(l)既能找到引起事故的直接原因,又能揭示事故發(fā)生的潛在原因,并能概括導(dǎo)致事故發(fā)生的各種情況;(2)邏輯性強(qiáng),靈活性高,適應(yīng)范圍廣。它不僅考慮設(shè)備及其部件的故障,而且還考慮環(huán)境因素和人的失誤。既能分析己發(fā)生的事故,又能預(yù)測(cè)發(fā)生事故的可能性;(3)既可定性分析,又可定量分析。定性分析可詳細(xì)分析事故的直接原因。也可用其分析復(fù)雜系統(tǒng),并定量預(yù)測(cè)發(fā)生事故可能性大小;(4)掌握一般數(shù)學(xué)知識(shí)的人可以應(yīng)用它,具有高等文化水平的人也有深入研究發(fā)展它的余地。2在揭露謀殺案的樹分析中2.1供氧條件下瓦斯爆炸發(fā)生的原因眾所周知,發(fā)生瓦斯爆炸必須同時(shí)具備3個(gè)基本條件:濃度在爆炸極限范圍內(nèi)的瓦斯、充足的氧氣和點(diǎn)火源。其中供氧條件在通常情況下是自然滿足的,因而在大多數(shù)條件下只要一定濃度的瓦斯及引爆火源同時(shí)存在,瓦斯爆炸就必然發(fā)生。根據(jù)瓦斯爆炸理論并通過對(duì)我國所發(fā)生的多次采煤工作面瓦斯爆炸事故的調(diào)查總結(jié),引起瓦斯爆炸事故的基本事件如表1所示,根據(jù)因果邏輯關(guān)系,編制采煤工作面瓦斯爆炸事故樹,如圖1所示。2.2網(wǎng)絡(luò)安全事件要達(dá)到最事故樹定性分析的目的,主要是查明系統(tǒng)由初始狀態(tài)(基本事件),發(fā)展到事故狀態(tài)(頂上事件)的途徑,并求出能引起發(fā)生頂上事件的最少事件的組合,為改善系統(tǒng)安全提供相應(yīng)的對(duì)策。在定性分析中,可求出事故樹的最小割(徑)集和基本事件結(jié)構(gòu)重要度,其目的是明確與頂上事件(瓦斯爆炸)存在重要關(guān)系的基本事件或者基本事件的組合,將可導(dǎo)致瓦斯爆炸的基本事件按影響大小進(jìn)行排序。2.2.1最小切分集的解根據(jù)事故樹,用布爾代數(shù)可以求出瓦斯爆炸的最小割集,求解過程及結(jié)果如下:化簡(jiǎn)可得到60個(gè)最小割集分別為:2.2.2基本事件的發(fā)生概率結(jié)構(gòu)重要度(IΦ)是指不考慮基本事件自身的發(fā)生概率,或者說假定各基本事件的發(fā)生概率相等,僅從結(jié)構(gòu)上分析各個(gè)基本事件對(duì)頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。根據(jù)各基本事件在最小割集中出現(xiàn)的次數(shù)以及各最小割集中包含的基本事件的數(shù)目可得到:2.3基于最小割集的頂事件概率如果根據(jù)各個(gè)煤礦的實(shí)際情況,給出各個(gè)基本事件發(fā)生的概率,即可根據(jù)最小割集運(yùn)用布爾代數(shù)計(jì)算出頂上事件發(fā)生的概率。由于事故樹割集較多化簡(jiǎn)計(jì)算較復(fù)雜,可求出其最小徑集,用最小徑集來計(jì)算頂上事件發(fā)生的概率。2.3.1事故樹的對(duì)偶樹事故樹的最小徑集極為其對(duì)偶樹的最小割集,先畫出事故樹的對(duì)偶樹,如圖2。求出對(duì)偶樹的最小割集即是事故樹的最小徑集可得到事故樹的5個(gè)最小徑集分別為:2.3.2頂事件發(fā)生概率假設(shè)基本事件X1,X2,X3,…,X19的概率分別為q1,q2,q3,…,q19,則頂上事件發(fā)生概率為:根據(jù)等冪定律化簡(jiǎn)得頂上事件發(fā)生概率為:3瓦斯爆炸的預(yù)防(1)從上面的推導(dǎo)可知,通過瓦斯爆炸事故樹可得最小割集為60組,根據(jù)事故樹分析原理,表明工作面瓦斯爆炸有60種可能途徑,充分說明了該事件發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)性很大。只要任一最小割集中的全部基本事件同時(shí)發(fā)生,就會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸。G51~G60中所含基本事件最少(3個(gè),其余均為5個(gè)),同時(shí)發(fā)生的機(jī)率較大,應(yīng)采取措施重點(diǎn)預(yù)防。(2)由結(jié)構(gòu)重要度定性分析結(jié)果可以知道,基本事件X1(充足的氧氣)的結(jié)構(gòu)重要度最大,其次是X5(瓦檢員漏檢)、X6(瓦斯報(bào)警器損壞)。但是,在井下控制氧氣的供給是不可能的,因