王立陽

（遼寧智誠(chéng)中安安全技術(shù)服務(wù)有限公司，遼寧 沈陽 110000）

我國(guó)是以礦產(chǎn)資源作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，雖然隨著生產(chǎn)力水平的大幅度提高，并初步健全了相對(duì)較完善的技術(shù)保障體系，但是由于我國(guó)礦產(chǎn)資源賦予地質(zhì)條件復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，且以井工礦為主，受頂板、瓦斯、水、火、粉塵等危害仍舊嚴(yán)重[1]。通風(fēng)系統(tǒng)是決定煤礦生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)，也就是“以風(fēng)定產(chǎn)”。為了保障煤礦正常運(yùn)行過程中通風(fēng)穩(wěn)定或者出現(xiàn)后能盡快解決這一問題，運(yùn)用故障樹分析評(píng)價(jià)法有針對(duì)性地找出礦井運(yùn)行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并加以監(jiān)控和改進(jìn)。關(guān)于礦井通風(fēng)問題，國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)做了大量研究，并有了一套相對(duì)較完善的通風(fēng)體系。倪景峰等[2]為了解決人工繪制礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖與壓能圖工作量繁重的問題，基于礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖與礦井通風(fēng)壓能圖的特點(diǎn)與作用，采用層次分析法實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)壓能圖的自動(dòng)繪制提供了技術(shù)支持。李宗翔等[3]通過簡(jiǎn)單通風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)突出動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，研究了在瓦斯突出源流動(dòng)力與風(fēng)機(jī)通風(fēng)共同作用下礦井風(fēng)流的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)特征，瓦斯突出源壓力是導(dǎo)致風(fēng)流發(fā)生變化的主要因素。趙丹等[4]建立了礦井通風(fēng)系統(tǒng)故障樹，并設(shè)計(jì)面向故障樹的基于框架與規(guī)則的混合知識(shí)表示方法，利用框架中診斷規(guī)則的推理確定故障傳播關(guān)系，找到故障源。多依麗等[5]應(yīng)用失效模式和效果分析及事故樹分析法來對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行定性和定量的分析研究。王莉[6]采用三角模糊FTA分析法以“礦井通風(fēng)系統(tǒng)故障”為頂事件，算得其發(fā)生可能性為0.005～0.023，應(yīng)立即對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，選用相對(duì)合理的網(wǎng)絡(luò)單元，防止并、串和角聯(lián)風(fēng)流紊亂現(xiàn)象等。王大偉[7]結(jié)合具體工程實(shí)際，在分析煤礦井下作業(yè)面瓦斯災(zāi)害的基礎(chǔ)上，從作業(yè)面瓦斯治理方式、通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化和采空區(qū)瓦斯抽采設(shè)計(jì)三方面對(duì)作業(yè)面瓦斯治理開展分析探究。

基于以上研究成果，以故障樹分析法給出具體煤礦工程中存在的通風(fēng)阻力變化所導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定問題的定性分析結(jié)果，并為其實(shí)踐操作提供指導(dǎo)意見。

1 故障樹分析原理

2009年我國(guó)出臺(tái)了《故障樹名詞術(shù)語和符號(hào)》這一標(biāo)準(zhǔn)[8]，因此可以按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來建立并分析事故樹。故障樹分析過程[9]可以按照一定程序執(zhí)行，從確定系統(tǒng)開始，為了能夠準(zhǔn)確分析系統(tǒng)對(duì)象，分析導(dǎo)致事故發(fā)生的根本原因，理清各個(gè)事件之間的關(guān)系，要求在確認(rèn)系統(tǒng)后能夠深入理解系統(tǒng)，大量收集企業(yè)及相關(guān)企業(yè)的事故資料或相關(guān)資料，為后續(xù)分析做好充分準(zhǔn)備。以事故為頂事件，即以結(jié)果為導(dǎo)火索，通過相關(guān)事件間的邏輯關(guān)系逐層究其發(fā)生原因，總結(jié)所設(shè)計(jì)事件并用邏輯將其連接起來繪制形成故障樹。根據(jù)工作需要，接下來進(jìn)行定性定量分析，首先第一步要將復(fù)雜的樹圖利用布爾代數(shù)運(yùn)算理清其間結(jié)構(gòu)，形成最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)函數(shù)形式，從而獲得最小割（徑）集。如果只是利用該方法探析事故傾向性，可以直接進(jìn)行定性評(píng)價(jià)大致分析即可，如果需要嚴(yán)格的數(shù)據(jù)支撐，則需進(jìn)行有客觀事實(shí)為依據(jù)的統(tǒng)計(jì)概率完成定量分析，主要包括頂事件發(fā)生概率、概率重要度和臨界重要度分析。

以上分析并不是一蹴而就，而是一個(gè)PDCA的閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)，將結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和應(yīng)用，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果制定出相應(yīng)的安全措施，優(yōu)化系統(tǒng)，形成反饋修正、持續(xù)改進(jìn)的良性循環(huán)模式，為系統(tǒng)安全性提升提供一定理論和技術(shù)支持。

1.1 頂事件發(fā)生概率

頂事件發(fā)生概率可以通過狀態(tài)枚舉法統(tǒng)計(jì)而得，也可以通過容斥法（最小割、徑集和近似算法）以及化相交集為不交集計(jì)算而得。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的事故樹，容斥法應(yīng)用相對(duì)較廣。其中最小割集法計(jì)算公式[10]為：

式中：r、s、t——最小割集的序號(hào)，r＜s＜t；

i——基本事件的序號(hào)，Xi∈Er；

k——最小割集數(shù)；

1≤r＜s≤k-k個(gè)最小割集中第r、s個(gè)最小割集的組合順序；

Xi∈Er-屬于第r個(gè)最小割集的第i個(gè)基本事件；

Xi∈Er∪Es-屬于第r個(gè)或第s個(gè)最小割集的第i個(gè)基本事件。

1.2 定性分析

故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是集定性定量分析為一體的綜合評(píng)價(jià)方法，其中結(jié)構(gòu)重要度分析是屬于定性分析部分，其僅考慮對(duì)頂事件有影響的情況，即FTA中任一基本事件Xj不發(fā)生狀態(tài)改變，其余基本事件的保持狀態(tài)不變，頂事件狀態(tài)隨之而改變。因此，為了判定基本事件對(duì)頂事件的影響，可以利用基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)[11]判斷結(jié)構(gòu)重要度順序。

1.2.1 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)

式中：n——事故樹中基本事件的個(gè)數(shù)；

2n-1——基本事件Xi（i≠j）狀態(tài)組合數(shù)；

p——基本事件的狀態(tài)組合序號(hào)；

Xjp——2n-1狀態(tài)組合中第p個(gè)狀態(tài)；

0i——基本事件不發(fā)生的狀態(tài)值；

1i——基本事件發(fā)生的狀態(tài)值。

1.2.2 基本事件的割集重要度系數(shù)

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以利用單事件最小割（徑）集結(jié)構(gòu)重要度最大、僅同一最小割（徑）集中的所有事件結(jié)構(gòu)重要度相等的原則，判斷簡(jiǎn)單情況，如果最小割（徑）集和事件較多，可以利用公式：

式中：I（i）——基本事件Xi結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的近似判別值；

ni——基本事件Xi所屬最小割（徑）集包含的基本事件數(shù)。

計(jì)算所得近似判別值進(jìn)行比較分析。上述幾種方法中可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，進(jìn)而完成定性分析，為事故預(yù)防指引研究方向。為了準(zhǔn)確研判事故發(fā)生，可以進(jìn)一步進(jìn)行定量分析。具體分析過程應(yīng)以實(shí)際需求為導(dǎo)向，避免不必要的人力物力等資源浪費(fèi)。

2 基于FTA通風(fēng)巷道風(fēng)阻變化原因分析

故障樹分析是通過結(jié)果探究事故發(fā)生的原因的邏輯推理方法，對(duì)于事故的預(yù)測(cè)預(yù)防的定性定量分析有實(shí)際意義。通過圖形的層層深入分析，利用“與”“或”“非”等邏輯門將頂事件（事故）、中間事件和基本原因事件等組合形成了故障樹。

通過大量調(diào)查某井工礦地質(zhì)條件和特點(diǎn)，充分、深入地了解該礦通風(fēng)系統(tǒng)，究其事故原因，并依據(jù)事故樹建立程序、原則以及各種術(shù)語和符號(hào)，建立如圖1所示的事故樹。導(dǎo)致巷道風(fēng)阻發(fā)生變化的主要原因根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料可以總結(jié)為巷道積水、巷道突然冒高或突然坍塌、巷道變形等幾種情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料現(xiàn)實(shí)，進(jìn)一步分析導(dǎo)致巷道發(fā)生變化的各個(gè)基本原因事件，主要包括了X1到X11事件。因此通風(fēng)巷道風(fēng)阻變化主要有圖1所示的11個(gè)有邏輯關(guān)系的最基本事件所影響。

圖1 某礦通風(fēng)巷道風(fēng)阻變化事故樹

根據(jù)邏輯門之間的關(guān)系，可以看出各原因事件對(duì)于頂事件的影響，其中5、6、7、8基本事件出現(xiàn)次數(shù)最多，重要性相對(duì)最大，其次1、2、3、4、9、10、11基本事件次之，因此該礦應(yīng)將防護(hù)重點(diǎn)放在5、6、7、8事件的監(jiān)測(cè)和預(yù)防上，其次是注意其他基本事件的防護(hù)。

針對(duì)地壓活動(dòng)和地震等自然因素事件，可以通過大量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在記錄推算合理的情況下，盡可能減少有該類活動(dòng)時(shí)的生產(chǎn)運(yùn)作，堅(jiān)持以人為本，從而盡最大力量保證工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。針對(duì)可以通過人為控制的原因事件，如巷道堵塞、涌水量大、排水不合理等原因事件，應(yīng)盡量減少巷道積水的情況，從而保證通風(fēng)巷道風(fēng)阻穩(wěn)定不變的狀態(tài)。同時(shí)要保證支護(hù)合理、適當(dāng)減少支護(hù)以及通過不同爆破手段減少爆破震動(dòng)，從而減少巷道突然高冒或突然崩塌或巷道變形等問題，同樣可以保證通風(fēng)巷道不會(huì)因?yàn)檫@些因素而導(dǎo)致風(fēng)阻變化，進(jìn)而保證通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

3 結(jié)論

為了確定通風(fēng)巷道中的風(fēng)阻變化產(chǎn)生的原因，防止該事件進(jìn)一步成為礦井事故，引起不必要的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，故根據(jù)大量統(tǒng)計(jì)資料和一線作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為導(dǎo)致風(fēng)阻發(fā)生變化的主要原因主要有巷道積水、巷道突然冒高或突然坍塌、巷道變形等情況。進(jìn)一步分析導(dǎo)致巷道發(fā)生變化的各個(gè)基本原因事件，主要包括了X1到X11事件。為了防止巷道風(fēng)阻變化而引起事故的發(fā)生，利用故障樹定性分析，即結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果表明事件5、6、7、8應(yīng)該放在首要控制，同時(shí)該井工礦應(yīng)針對(duì)上述原因事件的可控與不可控操作，加強(qiáng)監(jiān)管力度，落實(shí)相關(guān)政策制度，加大人力、物力的投入，以最安全、最合理的方式進(jìn)行勞作，從而保證通風(fēng)阻力的穩(wěn)定，進(jìn)一步保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定以及生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

為了提升系統(tǒng)安全性，需要做好充分事前預(yù)防、過程控制和早期應(yīng)急，其中最重要的是事故管理前移，積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，即根據(jù)2021年新《安全生產(chǎn)法》的第二十一條第五款關(guān)于企業(yè)主要負(fù)責(zé)人的工作要求，在企業(yè)管理過程中做好風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理工作，對(duì)本企業(yè)的固有風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任人等，并采取相應(yīng)管控措施，最終評(píng)估形成殘余風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)表，對(duì)于目前技術(shù)不能解決的問題或者技術(shù)提升成本過高的情況，應(yīng)采取博德的事故因果連鎖理論[12]，在該理論指導(dǎo)下通過企業(yè)安全管理進(jìn)一步提升系統(tǒng)安全性。管理過程中要做好隱患排查治理工作，及時(shí)排除事故隱患，保證系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。