侯建華，王書明

(1.南京理工大學 化工學院，江蘇 南京 211151；2.金陵科技學院 建筑工程學院，江蘇 南京 211169)

事故樹分析法在小工山銅礦技改工程安全預評價中的應用

侯建華1，王書明2

(1.南京理工大學 化工學院，江蘇 南京 211151；2.金陵科技學院 建筑工程學院，江蘇 南京 211169)

指出了安全預評價是有效提高系統(tǒng)的本質安全程度，確保系統(tǒng)安全運行的前置環(huán)節(jié)。運用事故樹分析了有色礦山死傷人數最多的冒頂片幫事故以及每起事故死亡人數最多、危害特別巨大的透水事故,深入揭示了導致事故的潛在原因，最后有針對性地提出了預防事故對策措施。

安全預評價；冒頂片幫；透水

1 引言

非煤礦山具有點多面廣，安全管理難度大等特點。據統(tǒng)計，我國非煤礦山每年死亡人數僅次于道路交通事故和煤礦事故的死亡人數，在各行業(yè)中居第三位[1]。非煤礦山事故中，冒頂片幫事故最多，約占全部事故類型的25%。透水事故約占事故總量的2%～3%，雖然數量不多，但每起透水事故死亡人數多、危害特別巨大。因此，在小工山銅礦技改工程安全預評價中，運用事故樹分析法重點分析了這兩種類型的事故。

2 小工山概況

小工山銅礦，位于南陵縣城260°平距約15 km，行政區(qū)劃屬蕪湖市南陵縣工山鎮(zhèn)，礦山位于高嶺村小工山。該礦始建于1970年，設計生產能力5萬t/年，現有生產系統(tǒng)在0 m以上，礦山提升、通風、排水、供電、采掘等系統(tǒng)已形成。礦井的原先的開拓方式為采用平硐+盲豎井開拓方式，采礦方法為淺孔留礦法。本次技改工程建設，全部利用現有工程設備、設施進行生產施工。技改工程結束后，新建主提升井作為混合提升井、進風和安全出口用，改造現主井為風井(-50m以上)，作為第二安全出口和回風井用，待深部探礦工程結束后再作進一步設計；對礦井通風、提升、運輸、排水等系統(tǒng)均需改造。

3 事故樹分析

事故樹分析(Fault Tree Analysis，簡稱FTA)是安全系統(tǒng)工程中常用的一種分析方法[2]。它通過演繹推理，把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關系用事故樹表示出來，運用定性分析與定量分析，進而找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全措施提供可靠依據，以避免事故的發(fā)生。FTA作為安全分析評價和事故預測的一種先進的科學方法，已得到國內外的公認和廣泛采用。

事故樹分析的基本程序[3]如圖1。

圖1 事故樹分析的工作程序

3.1 冒頂片幫事故樹分析

礦山施工井巷較多，發(fā)生的冒頂片幫事故所占的比例最大。在對已發(fā)生的井巷施工冒頂片幫事故調查的基礎上，結合有關理論與經驗，本評價構建了井巷施工冒頂片幫事故樹[4](見圖2)，對冒頂片幫事故產生的原因進行事故樹分析，以便提出有針對性的對策建議。

(1)最小割集。事故樹結構函數如下：

T=A·B·C =(X1+X2+X3)(X4+D+E)(X5+X6+X7+X8) =(X1+X2+X3)(X4+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17)(X5+X6+X7+X8)

可得出120組最小割集。

(2)最小徑集。成功樹結構函數如下：

T ＇=A＇+B＇+C ＇ =X1＇X2＇X3＇+X4＇X9＇X10＇X11＇X12＇X13＇X14＇X15＇X16＇X17＇+X5＇X6＇X7＇X8＇

可得到三組最小徑集：

P1={X1，X2，X3}：

P2={X4，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17}：

P3={X5，X6，X7，X8}。

(3)結構重要度。根據結構重要度的判定原則，各基本事件結構重要順序為：

Iφ(1) =Iφ(2)=Iφ(3)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)>Iφ(4) =Iφ(9) =Iφ(10) =Iφ(11)=Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14) =Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)

圖2 冒頂片幫事故樹

(4)從以上分析可知，井巷施工冒頂片幫事故樹有l(wèi)20組最小割集，最小割集比較多，發(fā)生事故的途徑比較多，頂上事件發(fā)生的可能性比較大。

在井巷施工冒頂片幫事故樹中，最小徑集有3個，提供了3條控制該事故發(fā)生的基本途徑，即從地質條件、施工和管理三個方面入手來防止井巷冒頂片幫事故的發(fā)生。

3.2 透水事故樹分析

大氣降水是地下水和地表水的主要來源，如地面無防排水措施和設施，地表水可通過裂隙、井巷等通道涌入井下；礦井水文地質不清，沒有防水、探水措施和設施，采掘揭露老窿、廢巷水體會造成突水事故[6]。

礦井水災事故樹，如圖3所示。

圖3 礦井水災事故樹

(1)最小割集。事故樹結構函數如下：

T=A1·A2·A3=(B1+B2+B3)(X6+X7+X8)(B4+B5+X13)

可得出90組最小割集。

(2)最小徑集。成功樹結構函數如下：

T＇=A1＇+A2＇+A3＇

此事故樹的最小徑集共4個：

{X2X3}、{X6X7X8}、{X9X11X13X12X10}、{X1X4X5}

(3)結構重要度。根據結構重要度的判定原則，各基本事件結構重要順序為：

Iφ(2)>Iφ(3)>Iφ(4)=Iφ(7)>Iφ(5)=Iφ(8)>Iφ(1)=I(φ6)>Iφ(11)=Iφ(13)=Iφ(12)>Iφ(10)>Iφ(9)

(4)從以上分析可知，容易發(fā)生透水事故的主要場所為掘進工作面、開采工作面、采空區(qū)、廢棄的井巷；透水事故為破壞性的，事故一旦發(fā)生，會造成災難性個體與群體傷害事故。地面防排水系統(tǒng)不完善，會導致地表徑流涌入井下；井下防排水系統(tǒng)不完善會導致淹井事故。

4 安全對策措施與建議

4.1 防止冒頂片幫的對策措施與建議

針對小工山銅礦采礦技改工程進行安全評價中運用冒頂片幫事故樹分析發(fā)現存在的問題，提出了相應的安全措施及建議，主要包括以下幾個方面：

(1)加強頂板管理[5]。頂板管理主要是對頂板的監(jiān)測控制，就是應用各種手段和方法，對井下采礦過程中所形成的空間、圍巖進行分析，掌握其變形、位移等的變化情況和規(guī)律，獲得其大面積冒落前的各種征兆，以便制定相應的防范措施，保證作業(yè)人員和設備的安全；

(2)礦山深部開拓系統(tǒng)完成后，應安排采礦方法試驗。通過試驗校正采場結構參數，選擇合理的開采順序；

(3)巷道布置合理，上一個生產水平的巷道要處在下一個生產水平的開采移動帶外；

(4)應對采場進行安全檢查(頂板穩(wěn)固情況、安全出口等)，然后方可作業(yè)；

(5)對于不穩(wěn)固的采場頂板或掘進作業(yè)面，應采用噴錨、噴錨網等適當方法支護；

(6)根據礦山地質條件、巖石力學的參數以及大量監(jiān)測數據和經驗，跟蹤修正礦塊的結構參數、回采順序和爆破方式等，控制地壓活動，減少冒落的危害；

(7)礦山應對礦柱進行應力、變形觀測，當應力增加較大時，應編制與采礦計劃相應的地壓動態(tài)圖；

(8)根據采場結構、面積大小，結合破碎帶的位置、走向、礦石的品位高低等要素，在礦巖中選留合理形狀的礦柱和巖柱，以控制地壓活動，保護頂板。在礦柱中，必須保證礦柱和巖柱的尺寸、形狀和直立度，應有專人檢查，以保證其在整個利用期間的穩(wěn)定性。

4.2 防范透水的措施與建議

針對小工山銅礦采礦技改工程進行安全評價中運用冒頂片幫事故樹分析發(fā)現存在的問題，提出如下安全措施及建議。

(1)對塌陷范圍內山間溪流等地表水要進行處理，防止地表一旦塌陷，地表水灌入井下，造成透水事故；

(2)對工業(yè)場地要進行重點防護，加強各種防洪溝、排水溝的同步建設，防止地表水(特別是雨季降水多)直接沿井口進入井下[7]；

(3)在井巷工程施工中，加強探水或超前探水工作。凡遇到可疑地點，如斷層、破碎帶等有出水可能的地段，特別注意巖溶發(fā)育地段，必須先打探水孔，探明水源，采取措施后方能繼續(xù)掘進；

(4)為了防止可能發(fā)生的透水事故，應制定水害治理的措施；

(5)開采方案中水泵型號、水倉容積是按照本礦涌水量進行計算的。在實際上，隨著開采深度的延伸，實際涌水量可能增大，因此在下步設計中要按照漏斗效應涌水量布置排水設施、選擇排水設備；

(6)小工山礦開采年限較長，且為整合礦山。由于前期開采活動很不規(guī)范，存在很多老窿、廢巷未處理，在后期開采時，要對老窿、廢巷進行排查及探放水作業(yè)，防突水事故；

(7)礦山在前期開采過程中曾發(fā)生過小的突水事故，因此礦山需制定透水事故應急救援預案，并報當地安全監(jiān)管部門備案；

(8)根據有關規(guī)范規(guī)定，井下防排水系統(tǒng)應留足防水礦(巖)柱，布置防水閘門。

5 結語

通過運用事故樹分析法，對該地下開采建設項目的井巷施工冒頂片幫、礦井水災進行了分析，明確冒頂片幫與水災的原因與防治措施，礦山在以后的施工過程中只要嚴格采取相應的對策措施，是可以保證安全的。

[1]范維唐.我國安全生產形勢、差距和對策[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]張景林，崔國璋.安全系統(tǒng)工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

[3]隋鵬程，陳寶智，隋 旭.安全原理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[4]王文才，岑 旺，巴 蕾.礦山冒頂片幫災害事故樹分析[J].金屬礦山，2010(3):142～144.

[5]劉 濤，葉義成，王其虎，等.非煤地下礦山冒頂片幫事故致因分析與防治對策[J].化工礦物與加工，2014(2):24～28.

[6]劉偉韜，劉士亮.基于事故樹定量分析法的煤層底板突水危險性評價[J].煤炭技術，2015,34(9)：186～188.

[7]李 昊，李明珠，張俊虎.煤礦水害防治中事故樹分析法的應用研究[J].華北科技學院學報，2015,12(4)：48～52.

2015-12-07

侯建華(1974—)，男，河南焦作人，工程師，三級安全評價師，主要從事安全評估工作。

X928

A

1674-9944(2015)12-0248-03