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矿井煤尘爆炸的事故树分析

文档作者：王文才冯纬王录苹朱昱晨文档来源：内蒙古科技大学矿业工程学院		点击数：	更新时间： 2021年06月11日
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总第161期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2013．01．001
矿井煤尘爆炸的事故树分析
王文才，冯 纬，王录苹，朱昱晨
(内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头014010)
摘要：应用事故树的原理，以山西某矿的具体条件为背景，对引发井下煤尘爆炸事故的各种因素进行了
分析，并提出了相应的预防措施，对实现矿井的安全高效生产具有重要的现实意义。
关键词：煤尘爆炸；事故树分析；预防措施
中图分类号：TD714．5 文献标识码：A 文章编号：1005—2798(2013)01—0001—04
Fault Tree Analysis on Smut Blasting in Coal M ine
W ANG W en-cai，FENG W ei，W ANG Lu-ping，ZHU Yu-ehen
(College ofMining Engineering，Inner Mongolia University ofScience and Technology，Baotou 014010，China)
Abstract：Application of fault tree principle is applied to analyze various factors which induce smut blasting accident with the back—
ground of the specific conditions in a coal mine of Shan xi province．And relevant preventive measures are raised．It has important and
practical significance for realizing safety and eficiency of coal mine．
Keywords：smut blasting；analysis of fault tree；preventive measures
众所周知，煤矿煤尘爆炸事故，是矿井重大事故
之一。一旦发生煤尘爆炸事故，煤尘爆炸过程中会
产生高温高压的冲击波，能将巷道中的落尘扬起，甚
至可以使煤体破碎形成新的煤尘，导致连续爆炸；同
时，将会产生大量的有毒气体，这不仅会造成重大的
经济损失，而且会导致严重的人员伤亡。因此，预防
煤尘爆炸已经成为我国煤矿安全工作的主要任务之
一
，文章以山西某矿地质条件和生产技术为依据，以
煤尘爆炸事故为分析对象，利用事故树分析法对其
进行了定量分析和评价，并据此提出相应的预防措
施
1 事故树分析法的原理
事故树分析法是从一个可能的事故开始，一层
一层逐步寻找引起事故发生的触发事件、直接原因
和问接原因，并分析种种事故之间的相互逻辑关系，
是一种演绎分析方法⋯ 。
事故树遵循逻辑分析原则，也就是从结果分析
原因的原则，其相关事件(节点)之间用逻辑门连
接，据此构造出事故树图；然后列出事故树的布尔代
数表达式，求出最小割集或最小径集，确定出各基本
事件的结构重要度，并进行结果分析 。
2 煤尘爆炸的事故树分析
2．1 矿井概况
山西某煤矿矿井实际生产能力为84万t／a，主
采煤层为4号煤层，顶板岩性以泥岩、砂质泥岩为
主，底板岩性以砂岩、粉砂岩为主，煤层倾角为0～
5。，属近水平煤层，矿井为低瓦斯矿井，煤尘具有爆
炸危险陛，煤层自燃倾向等级为Ⅱ级，属自燃煤层。
该矿现有1个采煤工作面，2个掘进工作面；采煤工
作面采用综合机械化开采，锚网索支护；掘进工作面
掘进初期采用炮掘工艺，中后期采用综掘工艺，通风
方式为独立通风方式，掘进工作面所需风量由局部
扇风机压人式供给。矿井现有KJ90NB安全监控系
统和l(J251A型人员定位系统。
2．2 煤尘事故产生地点分析
①采煤工作面。采煤工作面是连续产尘强度较
收稿日期：2012—10-09
基金项目：包头市重大科技发展项目(2011Z2003)
作者简介：王文才(1963一)，男，内蒙古伊金霍洛旗人，博士，教授，博士研究生导师，从事安全工程及矿业技术经济的教
学与研究。
王文才等：矿井煤尘爆炸的事故树分析
大的作业场所，其采煤机作业是最主要的产尘源，特
别是割煤工序的粉尘产生量占整个采煤工作面产尘
量的70％ ～80％。② 掘进工作面。掘进工作面工
序多，产尘量大，尘源分散度高。采用综合掘进机掘
进时，整个工作期间粉尘产生量很大，其粉尘主要产
生于切割和装载工序。③运输、转载系统。在运输、
第22卷第1期
转载过程中，松散破碎的煤休由于机械翻动、颠簸、
震动和风流吹散，会造成大量的煤尘飞扬。
2．3 煤尘爆炸事故树的构建
针对煤尘爆炸事故可能发生的地点，按照煤尘
爆炸的基本条件，绘制的煤尘爆炸事故树见图l，图
中事故树的基本因素代码如表1所示。
3 事故树分析
图1 煤尘爆炸事故树
3．1 最小径集的求解
最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶性，
把原来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，再利用布尔代数法求解成功树
的最小割集，再转换为事故树的最小径集。即：
T =B】 + B2 = C1 +C2 + C3 C4 Cs = D1 D，
+(D3 +D4 )+X63 X64 x65 x66 x67 x68 x69 x70 X71
X72 X73 X74 X75 X76 X77 X78 X79 X80 X81 X82 X83 X84
X21 X23 X85 X86 X87 X88 X89 X90 X91 X92 X93 X94 X95
X96 =(El +E2 )E3 E4 +(E5 E6 E7 +X59 X60 x61
x62 )+x63 X64 x65 x66 x67 x68 x69 x70 x71 x72 x73
X74 X75 X76 X77 X78 X79 X80 X81 X82 X83 X84 X21 X23
X85 X86 X87 X88 X89 X90 X9l X92 X93 X94 X95 X96 =
(Fl F2 +xl5 xl6 xl7 x18 Xl9 x2o x21 x22 x23 x24
x25 x26 )x27 x28 x29 x3o x31 x32 x33 x34 x35 x36
X37 X38 X39 X40 x41 x42 X43 +(X44 x45 x46 x47 X48
X49 F5 F6 F7 +X59 x6o X61 X62 )+X63 X64 X65 X66
X67 X68 X69 X70 X71 X72 X73 X74 X75 X76 X77 X78 X79
X80 X8l X82 X83 X84 X2l X23 X85 X86 X87 X88 X89 X9o
X9l X92 X93 X94 X95 X96
2
= Xl X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Xlo X11 X12
Xl3 XI4 X27 X28 X29 X3o X3l X32 X33 X34 X35 X36 X37
X38 X39 X40 X4l X42 X43 +X15 Xl6 Xl7 Xl 8 X19 X20
X2l X22 X23 X24 X25 X26 X27 X28 X29 X30 X3l X32 X33
X34 X35 X36 X37 X38 X39 X4o X4l X42 X43 + X44 X45
X46 X47 X48 X49 X5o X5l X52 X53 X54 X55 X56 X57 X58
+X44 X45 X46 X47 X48 X49 X5l X53 X54 X55 X56 X57
X58 +X59 X6o X6l X62 +X21 X23 X63 X64 X65 X66 X67
X68 X69 X7o X7l X72 X73 X74 X75 X76 X77 X78 X79 X8o
X8l X82 X83 X84 X85 X86 X87 X88 X89 X9o X9l X92 X93
X94 X95 X96
由上式可得到事故树的6个最小径集为：
Pl={X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，Xlo，
XIl，Xl2，Xl3，Xl4，X27，X28，X29，X3o，X31，X32，X33，X34，
x x36，X37，X38，X39，X4o，X4l，X42，X43}；
= }x xl6，x xl8，Xl9，x20，x21，x22，X23，
X24，X25，X26，X27，X28，X29，X3o，X31，X32，X33，X34，X35，
X x x38，x39，X4o，x41，x42，X43}；
P3={X44，X45，x46，x47，X48，X49，X50，x51，X52，
x53，x54，x55，x56，X57，X58}；
P4={X44，X45，X46，X47，X48，X49，X5l，X53，X54，
x55，x56，x57，X58}；
2013年1月 王文才等：矿井煤尘爆炸的事故树分析 第22卷第1期
表1 煤尘爆炸事故树的基本因素代码
符号 舍义 符号 含义
T 煤尘爆炸事故 Bl 飘浮煤尘聚集并达到爆炸下限
B2 引爆火源 cl 工作面存在产生大量煤尘的因素
C 降尘失效 C3 明火
c 爆破火焰 c5 电火花
D- 采运过程存在产生大量煤尘的因素 D2 掘进工作面存在产生大量煤尘的因素
D3 降尘措施失效 D4 煤尘榆测不合规范
D5 爆破材料不合要求 D6 爆破j二艺不合要求
D 电气设备故障 E1 综采过程防尘不力
E2 煤体干燥 E3 炮掘过程存在产生大量煤尘的因素
E 机掘过程存在产生大量煤尘的因素 E5 通风不良
E6 喷雾装置失效 E7 其他降尘措施不力
F 机采过程存在大量煤尘的因素 F 装载运输过程存在大量煤尘的因素
F3 煤尘注水效果差 F4 掘进机工作参数不合理
F5 未开动装置 F6 无喷雾装置
F7 巷道帮顶积尘 G J 工人未开动装置
Gz 管理不完善 G3 装后被偷损
xl 采煤机未设防尘罩 x2 采煤机无内外喷雾装置
x 采煤机内外喷雾装置失效 x 采煤机牵引速度不当
x5 采煤机截齿选择不当 x6 采煤机截齿排列不当
x7 采煤机截齿速度不当 xs 采煤机截割深度不当
x9 采煤机无除尘器 Xlo 没使用采煤机除尘器
xll 采煤机除尘器故障 x12 喷雾装置失效
xl3 无其他降尘措施 X14 无设计安装喷雾装置
xts 注水方式选择不当 xl6 注水时间不当
xl7 注水压力不够 xl8 注水量不够
xI9 没封注水孔 x20 封孔质量不合要求
x2l 炮孔密度不当 x22 注水速度不当
x23 炮孔深度不当 x24 未进行煤尘注水
x25 未进行采空区灌水 Xz 采空区灌水预湿效果差
x27 装煤时无洒水 x28 装煤时洒水不透
x29 爆破前后无冲洗煤帮 x30 未使用湿式煤电钻钻眼
x - 未使用水封爆破或水炮泥 x，z 水封爆破或水炮泥使用不合要求
x” 湿式打眼降尘效果差 X34 爆破后无喷雾
x3s 炮眼装药量过大 x36 转载点无喷雾洒水
x37 掘进机没有防尘罩 x38 掘进机没有其他防尘装置
x39 掘进机喷雾装置失效 x40 掘进机截齿选择不当
x 1 掘进机截割速度选择不当 x42 掘进机截齿排列不当
x 3 掘进机截割深度不够 x“ 风量选取不合理
x45 通风方式不合理 x 无风流的净化水雾
x47 风机选型不当 x48 风流净化不合要求
X49 装置技术参数不合要求 x5o 图省事，怕麻烦
x5l 工人觉悟低 x52 怕弄湿衣服
x53 规章制度不健全 x54 奖惩不力
x55 领导不重视 xs6 无设计安装
x57 未清除积尘 x58 积尘清除不彻底
x59 仪器失效 x6o 没有按时检测粉尘浓度
x6l 检测人员弄虚作假 x62 检测工素质差
x63 电焊火花 x“ 气焊火花
X65 喷焊火花 x66 电弧火花
X6 矿灯使用不当 x68 吸烟
x69 其它明火源 x7o 静电火花
x7t 雷管电阻不合理 x z 同时使用不同类型雷管
x73 产品不合格 x 4 不适当使用毫秒雷管
x，s 使用非煤矿炸药 x 6 炸药变质或潮湿
x77 雷管质量差 x78 放糊炮
x79 放明炮 x8o 用动力线放爆破
x8 装药不连续 xsz 联线方法不当
Xs3 放连珠炮 x8 起爆方法不当
xss 没掏进炮眼内煤粉 xs 炮孔封填不合要求
x8 炮孔质量不合要求 X8s 装药不合要求
x89 撞击摩擦 x9o 设备失爆
x9l 漏电 x92 高电压击穿绝缘体
x93 变压器，电机开关短路 x94 电缆接线不良
x。5 电缆机械损伤 x。 电缆接线]二艺不合要求
3
王文才等：矿井煤尘爆炸的事故树分析 第22卷第1期
P5={X59，X6o，X61，X62}；
P6={x2l，x23，x63，x64，x65，x66，x67，X68，x69，
X7o，X71，X72，X73，X74，X75，X76，X77，X78，X79，X80，X81，
X82，X83，X84，X85，X86，X87，X88，X89，X9o，X9l，X92，X93，
x94，x95，x96}。
3．2 比较结构重要度的大小
根据最小径集判断结构重要度的3条原则⋯ ，
可求得该系统中各基本事件结构重要度的顺序依次
为：
I (59)=I (60)=I (61)=I (62)>I (44)=
I (45)=I (46)=I (47)=I (48)=I (49)=I
(51)=I (53)=I (54)=I (55)=I (56)=I
(57)一 (58)>I (50)_- (52)>I (15)(P一
(16)=I (17)=I (18)=I (19)=I (20)=I
(21)=I (22)=I (23)=I (24)=I (25)=I(26)
= I (27)=I (28)=I (29)=I (30)=I (31)=I
(32)=I (33)=I (34)=I (35)=I (36)=I
(37)=I (38)=I (39)=I (40)=I (41)=I
(42)=I (43)>I (1)=I (2)：I (3)=I (4)=I
(5)=I (6)=I (7)=I (8)=I (9)=I (10)=I
(11)=I (12)=I (13)=I (14)=I (27)=I
(28)=I (29)：I (3O)=I (31)=I (32)=I
(33)=I (34)=I (35)=I (36)=I (37)=I
(38)=I (39)=I (40)=I (41)=I (42)=I
(43)>I (63)=I (64)=I (65)=I (66)：I
(67)=I (68)=I (69)=I (70)=I (71)=I
(72)=I (73)=I (74)=I (75)=I (76)=I
(77)=I (78)=I (79)=I (80)=I (81)=I
(82)=I (83)=I (84)=I (85)=I (86)=I
(87)=I (88)=I (89)=I (90)=I (91)=I (92)
= I (93)=I (94)=I (95)=I (96)
4 结果分析
根据最小径集和结构重要度的分析，最小径集
P 中的基本事件x 、x∞、x 、x ：对顶上事件的影
响最大，其次是P 和P 中的x甜、x 、x 、x 、x 、
x49、x51、x53、x54、x55、x56、x57、x58，以上这些基本事
件的发生既有人为的不安全行为，又有技术上的缺
失。因此，预防煤尘爆炸事故的有效措施为：
1) 加强煤尘的检测工作。控制P 中的基本
事件不发生，煤尘爆炸事故就不会发生。因此，预防
煤尘爆炸事故的最有效措施是防止煤尘检测仪器失
效、按时检测粉尘浓度、杜绝检测人员弄虚作假和提
4
高检测工的技术素质。
2) 加强矿井通风和降尘工作。控制P 中或
P 中的基本事件不发生，煤尘爆炸事故也不会发
生。因此，预防煤尘爆炸事故的有效措施是通风时
选取合理的风量、通风方式和风机，要实施净化风流
措施，并保证能够有效净化风流，要有喷雾除尘装
置，并要求在合理的技术参数下工作，要建立健全相
关的规章制度并贯彻实施，要加强管理力度、责任到
人、加大奖惩力度，要不断提高防尘专业队伍的素
质，同时要定期对巷帮等地点的浮尘进行清除，以防
止沉积煤尘参与煤尘爆炸。
3) 注重煤层注水和采取湿式作业。P，中基
本事件的结构重要度也排在较前面，因此：一是必须
做好煤层注水降尘工作，使煤体充分湿润；二是采取
湿式作业，如炮采时应采取湿式打眼、使用水泡泥、
爆破前应冲洗煤壁、爆破后应喷雾洒水，综采面要安
装采煤机内外喷雾装置、支架架问喷雾装置等，装载
运输系统也应安装自动喷雾和洒水装置。
4) 采用防隔爆技术措施。矿井两翼与井筒
相连通的主要运输巷道和回风大巷，相邻煤层之间
的运输石门和回风石门，采区工作面进、回风巷等和
其他具有煤尘爆炸可能的其他巷道必须设置隔爆水
棚和岩粉棚。同时，切实加强明火管理，定时检修电
气设备，防止撞击摩擦和静电火花等引火源的发生。
5 结语
对于综合机械化采煤的矿井，煤尘防治工作的
重中之重是加强监管，健全规章，定时对煤尘进行准
确检测，以便采取相应措施进行降尘。同时对煤尘
爆炸的主要发生地，要选择合理的通风方式和通风
技术参数，注重注水和湿式作业，也是有效防止煤尘
爆炸的重要技术措施之一。
参考文献：
[1] 林柏泉，周延，刘贞堂．安全系统工程[M]．徐州：中
国矿业大学出版社，2005．
[2] 陈守坤，李希建，孙守义．事故树分析法在小屯矿煤与
瓦斯突出安全评价中的应用[J]．煤炭技术，2011，30
(6)：104—106．
[3] 庞成．煤矿防尘安全评价体系研究[J]．矿业安全与
环保，2011，38(3)：76—78．
[责任编辑：常丽芳]

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