２０１４年第３期 中州煤炭 总第２１９期 ｍ啪一 兰＿ ．～霎一 一 脚 州 基于事故树分析的煤矿瓦斯爆炸事 故危险源风险管理研究 袁保清 （义煤集团公司耿村煤矿，河南渑池４７２３００） ．叩 Ⅲ ¨ 摘要：依据瓦斯事故发生机理，建立了煤矿瓦斯爆炸事故的事故树，由事故树可见，或门个数占９０％，而与ｆ－ｊ 美＝一 一一一一一～ 一己耋 一 一～一一 一一一～ｄ譬一 ～０～ ｃ ｍ 一鼬． 一一 ａ 一ｄ 一 ｓ ∽ 个数仅占１０％，因此系统（瓦斯事故）的危险性极大。对引起煤矿瓦斯爆炸事故的原因进行了逻辑分析，分 析表明：事故树最小割集有８ｌ组，表示引起瓦斯事故有８１种可能途径；最小径集共有３组，因此预肪瓦斯事 故的途径有３条。最后，根据以上瓦斯爆炸事故树分析结果，在通风管理、瓦斯管理、火源管理等方面制订控 制基本事件的直接措施，以达到风险预控管理的目的。 关键词：煤矿瓦斯爆炸事故；事故树；危险源；风险管理 中图分类号：ＴＤ７１２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—０５０６（２０１４）０３—００５８—０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒｉｓｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ Ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｇａｓ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ａｃｃｉｄｅｎｔｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｙｕａｎ Ｂａｏｑｉｎｇ （Ｇｅｎｇｃｕｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｙｉｍａ Ｃｏａｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｍｉａｎｃｈｉ ４７２３００，Ｃｈｉｎａ） ｔ∞Ⅲ 川 ｇ｛； Ｏ㈣山 ∞ ：啪 恍 Ⅱ 一一 卸 ｍ帅一 协 ｅ ｓ 了 ｅ ｎ Ⅲ ．一霉 煤炭在我国一次能源构成比例中一直占７０％ 以上，“富煤、贫油、少气”的煤炭资源禀赋决定了煤 炭在今后相当长的时期内在我国一次能源结构中仍 从根本上杜绝事故发生。近年来，各煤矿都比较注 ｔｎ ９ ｎ ｙ ８ ｎ∞ ｍ¨●． ＝ Ｏ ㈨ｅ ，在全矿范围内进 重安全管理，引入了风险管理 行隐患排查，在事故发生之前就尽可能把诱发事故 的危险源找出来，加以科学合理控制。瓦斯爆炸事 故的因素既包括管理的因素，又包括人、机器和环境 的因素，这些因素之间相互影响、相互作用 。如 处于主体地位 。据统计，我国近ｌ０年的百万吨死 亡率虽大幅下降，但仍是世界其他主要产煤国家的 ５～１００倍，煤矿安全问题仍是我国安全生产领域最 为突出的问题 。 煤矿瓦斯爆炸事故发生在很大程度上是管理上 何科学合理且具体全面地对瓦斯爆炸事故危险源进 行分析，找出导致事故发生的关键危险源，针对危险 源制订措施对煤矿瓦斯爆炸事故研究具有重要意 义。事故树分析为辨识煤矿瓦斯爆炸事故危险源提 供了良好的基础 ，能够全面分析爆炸事故发生的 原因及其相互关系，找出导致事故发生的关键因素， 从而制订相应的管理措施或应急预案，达到风险预 的缺陷所导致，据不完全统计，煤矿瓦斯爆炸事故有 ９０％以上是由于管理不当造成的。煤矿安全管理多 是经验管理和制度管理，这些管理是事后管理，没有 收稿日期：２０１３—１０—０８ 作者简介：袁保清（】９６７一），男，河南渑池人，工程师，１９８８年毕业于 控管理的目的。因此，文章依据瓦斯事故发生机理， 焦作矿业学院，现从事煤矿安全通风管理工作。 ・５８・ ２０１４年第３期 袁保清：基于事故树分析的煤矿瓦斯爆炸事故危险源风险管理研究 总第２１９期 建立了煤矿瓦斯爆炸事故的事故树，对引起事故的 监测失效，导致瓦斯积聚不能被发现进行及时处理， 以致达到爆炸浓度；引爆火源的主要有明火、摩擦撞 原因进行了逻辑分析，对事故的最小割集与最小径 集进行求解并分析，得出相应措施和结论，以达到风 险预控管理的目的。 击火花、静电、爆破火焰、电气火花和煤炭自燃。造 成瓦斯积聚的原因主要有通风不良、冒顶区瓦斯积 １事故树的建立 ， 聚、盲巷瓦斯积聚、掘进面瓦斯积聚以及采掘面瓦斯 积聚等¨ 。根据对煤矿现场的调查以及事故案例 分析，建立瓦斯爆炸危险源事故树如图２所示。 在总结国内外学者对危险源分类的基础 上 。 ，给危险源如下定义：危险源就是导致事故发 生的根源，它大致包括人的不安全行为、机器设备的 不安全状态、环境的不安全特征和管理上的缺陷。 发生瓦斯爆炸必须同时具备的３个基本条件，即瓦 斯浓度达到爆炸界限５％～１６％、有６５０～７５０ ｏＣ的 引爆火源和存在不低于１２％的氧气浓度（图１）。 在工作地点氧气的浓度必定达到１２％，所以瓦 斯爆炸的主要原因为瓦斯积聚达到爆炸极限和存在 引爆火源¨ 。瓦斯积聚达到爆炸极限的原因为在 瓦斯已经积聚的情况下，瓦斯排放不当，且对瓦斯的 瓦 斯 爆 炸 事 故 发 生 条 件 图１ 瓦斯爆炸事故发生条件 氧 引／●● ● ＿聚 艨 斯 瓦 ● ，【 限 触％髓 瓦 ＿、、 ●● 测 斯ｒ●Ｊ ●Ｌ 瓦 ● ＿／瞅熊触黻～源 戤 ℃ ～ 卜卜通 障检能 通 诫 统 一黼躯 脲～黼 搬～— ～一风聚整理 故漏功 讥斯时不 系检断 ～～风瓦及统 测假警 一一通区未系 检员报．局冒贯通～瓦瓦瓦 耿 ．． 炖 ． ． ¨～～¨系 统 ～～效 一～ 图２煤矿瓦斯爆炸事故树 ２ 事故树分析 ２．１ 最小割集与最小径集求解匀善女“ 、害 ’Ｔ＝Ｍｔ． ：（ ＋肘 ＋ ，＋ ＋ 。 ＋ 。 ＋ Ｘ－。） －（Ｍ。＋Ｍ ＋Ｍ ＋Ｘ ｏ＋Ｘ 。＋Ｘ：：） 运用布尔代数简化法求解瓦斯爆炸事故树的最 Ｔ＝（Ｘ Ｘ： Ｘ ），（ ｓＸｚ Ｘ ），（Ｘ， ｚ。Ｘ．），（ ． Ｘ２ Ｘ，），（Ｘ 最后整理得 Ｘ，），（Ｘ，。ｘ２ ），（ Ｘ，），（Ｘ Ｘ ），（Ｘ Ｘ， Ｘ ），（Ｘ：Ｘ。 ５９・ ・２０１４年第３期 １中州煤炭 总第２１９期 ），（ ２ｘ２２ ｘ１），（ ２Ｘ２ｏ １），（ｘ６ ２４Ｘ１），（ ５Ｘ２５ １），（ ５ｘ弛ｘ１），（ｘ５ｘ２ｌ １），（ｘ５ ２２Ｘ１），（Ｘ５ ２０ｘ１），（Ｘ８Ｘ２０ １），（ ９ ２０ＸＩ）， （ ｌ０ ２ｏＸ１），（ ＩｌＸ２ｏＸ】），（ ｌ２ ２ｏＸ１），（ １ ３Ｘ２０ 】），（ ７ ３０．＝ｊ『１），（Ｘ７ ３ｌ １），（Ｘ７Ｘ２ｌＸ１），（ ７Ｘ２２Ｘ１），（ ７ｘ２ｏｘ１），（ｘｌ ５ｘ２ｏ １），（Ｘｌ６ Ｘ２ｏ 】），（Ｘｌ４Ｘ３０ＸＩ），（ Ｉ４ ３ｌ Ｉ），（ＸＩ４ ２ｌＸ１），（Ｘｆ４ ２２ＸＩ），（Ｘｌ４ ２ｏＸ】），（Ｘ】７Ｘ，ｏ ｆ），（Ｘｌ７ ３ｌ Ｉ），（ ｌ７Ｘ２ｌ １），（Ｘｌ７Ｘ２２ Ｉ），（Ｘ１７ ２０ １），（ ｌ８ 如Ｘ１），（ ｌ ８ｘ３】 １），（ｘｌ８ｘ２ｌｘ Ｊ），（ｘｌ８ｘ２２ｘ１），（ｘｌ８ ２ｏｘ１），（ １９ｘ，０ｘ１），（ｘＩ９ｘ３１ ｘ１），（ ｌ９Ｘ２ｌ 】），（ｘｌ９ｘ２２ １），（ ｌ９ ），（Ｘ３ ３ｏ １），（ ４Ｘ３ｏＸ１），（ ２ ２６ １），（ ２ ２１ １），（ｘ２ ２Ｂｘ１），（ｘ２ｘ２９ｘ１），（ ２ｘ３ｏ １），（ｘ３ ３１ｘ１），（ ４ｘ３１ ｘ１），（ｘ２ ３３Ｘｊ）， ２ｏ １（ ２ｘ３４ １），（ｘ２ｘ３ｌｘ１），（ ３ ２ｌｘ１），（ｘ４ｘ２ Ｊ １），（ ３ ２２ｘ１），（ｘ４ｘ２２ｘ１），（ ３ｘ ２ｏｘ】），（ｘ４ ２０ｘ１），（ｘ６ ３ｏｘ】），（ｘ６ｘ３ １ｘＩ），（ｘ６ｘ２ Ｉ【），（ ６ ２２ １），（ｘ６ｘ２ｏｘ１），（ ５ｘ２６ｘ Ｊ），（ ５ｘ２７ｘ１），（ｘ５ｘ２８ｘ１），（ｘ５ｘ２９ １），（ｘ５ ３ｏｘ１），（ ５ ３３ １），（ ５Ｘ３１ １）。 瓦斯爆炸事故最小径集求解为有３个最小径集，如下： Ｔ ＝（ｘ２Ｘｓ ｘ７ｘｌ４ｘ１７ ｌ８ １９Ｘ６ｘ８ ９ １ｏｘ１１ｘ１ ２ １３ｘ１５ｘ】６ ３ｘ４）＋（ｘ２３ ２５ ３２ｘ２１Ｘ２２ ２０ｘ２６ ２７ ２８ｘ２９Ｘ ”ｘ３４ｘ３ｌ ２４）＋（ １） ２．２结果分析 （１）由事故树图可见，或门个数占９０％，而与门 个数仅占１０％，因此系统（瓦斯事故）的危险性极 大。 （２）最小割集有８１组，表示引起爆炸事故有８１ 种可能途径。从求出的最小割集可知，任一最小割 集中的基本事件全部发生，瓦斯事故就会发生。如 （事件名称：局部风机随意开停；井下电气 焊；氧气）。局部风机随意开停导致瓦斯聚积，当遇 到电气焊产生的火源和氧气，极易引起瓦斯爆炸。 （３）最小径集共有３组，因此预防瓦斯事故的 途径有３条。由最小径集可知，氧气（ ．）是客观存 在的，所以应从瓦斯浓度和引爆火源人手，必须防止 （ ２ ５ ７ Ｉ４ ｌ７ ｌ ８ ｌ９ ６ ８ ９ ｌ０ ｌ ｌ ｌ２ ｌ３ Ｉ５ Ｘｌ６ ３ ４）或（Ｘ２３Ｘ２５ ３２ ２ｌＸ２２Ｘ２ｏＸ２６Ｘ２７Ｘ２８Ｘ２９ ３ｏＸ３３Ｘ３４ ． ）同时发生。 ３预防瓦斯爆炸事故的直接措施 根据以上瓦斯爆炸事故树分析结果，在通风管 理、瓦斯管理、火源管理等方面制订控制基本事件的 直接措施，其中每条措施后括号内的基本事件为最 小径集中的基本事件。 （１）优化矿井通风系统，力求通风系统、通风网 络简单。消灭不符合《煤矿安全规程》规定的串联 通风、扩散通风和采空区通风。定期对井下各用风 地点风量进行测定和分析，合理调配风量，杜绝欠风 生产。定期对通风系统进行审查论证，杜绝一切不 合理的通风，保证通风系统的合理、稳定和可靠。矿 井调整通风系统时必须编制调整设计及安全技术措 施并报批。（Ｘ ） （２）巷道贯通前要制订安全技术措施，通风部 门要超前分析预测贯通后的通风系统，并研究制订 系统调整方案，贯通时要有安监、通风、施工单位的 管理干部现场统一指挥，杜绝通风系统紊乱和瓦斯 积聚超限事故的发生。（ 。． ， ） ．６０． （３）局部通风机必须实现三专两闭锁：专用变 压器、专用开关、专用缆线，风电闭锁、瓦斯电闭锁， 专用缆线上不得搭接其他用电负荷，定期指定技术 人员对通风机的运转状况及供电系统进行检查维 护，确保正常运行。（ ） （４）遇到地面气压变化、地质构造带、巷道冒顶 区，采空区冒顶等引起的瓦斯涌出，要按规定制订安 全技术措施，及时采取抽放或排放瓦斯等措施，严禁 各地点瓦斯超限。（ 。 Ｘ。 ， ） （５）人员入井严禁穿化纤衣服，防止静电火花， 井下严禁吸烟。（ ： Ｘ ） （６）人、物运输必须符合相关规定，防止摩擦撞 击火花和电机车电火花的产生。（ 。 。） （７）防止煤炭自燃，详情见其他事故树。（ ：） ４ 结论 依据瓦斯事故发生机理，建立了煤矿瓦斯爆炸 事故的事故树，对引起事故的原因进行了逻辑分析， 对事故的最小割集与最小径集进行求解并分析，得 出相应措施和结论，以达到风险预控管理的目的。 （１）引起瓦斯爆炸事故的途径较多，对各种煤 矿瓦斯爆炸事故致因因素均不可掉以轻心。 （２）防止瓦斯事故关键切人点是保证矿井瓦斯 浓度不超限，或者杜绝火源，避免高温火源与达到爆 炸浓度范围内的瓦斯共存。 （３）预防瓦斯爆炸需要在通风管理、瓦斯管理、 火源管理等方面制订相关基本事件控制措施，实现 风险预控管理。 根据以上瓦斯爆炸事故树分析结果，应在通风 管理、瓦斯管理、火源管理等方面制订控制基本事件 的直接措施，以达到风险预控管理的目的。 参考文献： ［１］ 赵洪广．当前我国煤矿安全事故原因浅析［Ｊ］．煤炭经济研究 ２００５（１）：７２－７３． ２０１４年第３期 袁保清：基于事故树分析的煤矿瓦斯爆炸事故危险源风险管理研究 总第２１９期 ］ ］ ］ ］ ］（上接第４６页） （３）可能由于各资源因素间关系界定的不精 确，数据的局限性，以及模型建立的主观性等原因， 导致得到的系统及各资源因子的变化呈线性。模型 还需要进一步的反馈和修正，使模型更加符合实际 系统的运行机制。 参考文献： ［１］ 闫保奇．物流管理对煤炭安全生产的影响［Ｊ］．矿业装备，２０１２ （３）：８６—８８． 吴恒建．加强煤炭企业物流系统建设的建议［Ｊ］．煤炭工程， ２０１２（１）：１３６．１３７． 张斌．安全视角的煤矿企业物流系统优化探讨［Ｊ］．企业导报， ２０１２（２１）：１１１—１１２． ３ 结论 煤矿生产物流系统的安全状态对整个煤矿生产 安全的影响至关重要。本文针对煤矿生产物流系统 中的资源对安全状态影响来分析，运用系统动力学 理论和方法，主要进行了以下研究。 （１）根据煤矿生产物流系统的定义及其特点， 王金凤，刘振峰，冯立杰，冯建．煤矿安全投人与安全绩效的系 统动力学［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报：自然科学版，２０１１，３０ （２）：１８２ １８５． ＹＡＯ Ｈａｉ—ｆｅｉ．Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｃｉ－ ｅｎｃｅ＆ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，１８（４）：３９０－３９５． 张志强，冯立杰，王金凤．煤矿水灾害影响因子的系统动力学 研究［Ｊ］．工业工程，２０１２，１５（２）：１２８．１３３． ＬＩ Ｈｏｎｇｘｉａ，ＴＩＡＮ Ｓｈｕｉｃｈｅｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｔ Ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｉｎ 分析了煤矿生产物流系统的资源组成，并确定了研 究的关键资源。 （２）根据系统动力学理论和方法，建立了各因 子的因果分析图和流图模型，并定义了相关方程。 （３）运用Ｖｅｎｓｉｍ软件进行动态模拟仿真，得到 了系统安全状态的趋势图，以及不同资源因子对系 统安全状态实际作用率。 Ｃｏａｌｍｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｒｅｅ ｃ］ａｓｓｅｓ ｏｆ Ｈａｚａｒｄ Ｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｎａｎ，２０１２，１（９）：２８１—２８５． 何悦，胡品平．产业集群向创新集群升级机理的系统动力学分 析［Ｊ］．科技管理研究，２０１３（６）：１７５—１７８． Ａ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｐｏｌｉｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｒｉｄ ｌａｎｄ：ａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｍａｎａｓ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｒｉｄ Ｌａｎｄ，２０１３（１）：１１８－１３１． （４）根据模拟仿真得到的数据，对仿真结果进 行分析，得出了不同资源对煤矿生产物流系统安全 状态的不同影响程度。 （责任编辑：郭海霞） ・６１・