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是第149
doi:10.3969/j-is.1005-2798.2012.01.020
瓦斯爆炸事故树分析
张金山,王付强,程志明,万首强
(内蒙古科技大学矿业工程学院,内蒙古包头014010
摘要:在对瓦斯爆炸事故进行仔细分析的前提下,借助事故树(FTA)分析法,绘制了矿井瓦斯爆炸事故
树,利用布尔代数化简法将事故树进行化简,求出最小割集及最小径集。对最小割集与最小径集给以结构
重要度分析,从而得出导致瓦斯爆炸的原因,给煤矿瓦斯爆炸防治工作提供借鉴。
关键词;瓦斯;事故树;最小割集;最小径集
中图分类号:TD712+.7文献标识码:B文章编号:1005-2798(2012)01-0053-03
瓦斯爆炸危害与事故树建立
FTA法既可以用来对整个系统进行定性分析,
即应用数理逻辑找到事故树的结构函数;也可以用
随着煤矿开采深度的进一步加深,瓦斯涌出量来对整个系统进行定量分析,即确定顶事件发生的
急剧增加,瓦斯爆炸灾害的威胁也日益严重。我国概率和底事件的结构重要度]。本文借助事故树
煤矿所发生的特大事故大多属于瓦斯爆炸事故,要理论对瓦斯爆炸事故进行分析研究,并绘出事故树
防治瓦斯爆炸事故,首先要掌握导致瓦斯爆炸事故图,可以使我们看出事件的起因,并经过自已的分
的原因。瓦斯爆炸是煤矿中危害最为严重的事析,起到对瓦斯爆炸事故的预防与控制作用。
故,瓦斯爆炸过程中会产生高温高压,使得爆炸源附2.1事故树建立步骤
近的气体及煤渣以极快的速度向外界冲击,而且煤
确定事故树顶事件2。通过对多个煤矿
矿瓦斯爆炸具有瞬间性,这就使得矿井无法组织工长时间的考察,结合煤矿事故的记载和搜集到的煤
作人员及时撤离爆炸地点,因此瓦斯爆炸极有可能矿事故资料,进行了细致的分析研究,最终确定瓦斯
造成人员伤亡及破坏巷道和器材等设施。另外,爆爆炸为本文事故树顶上事件。
炸后生成大量的有害气体,造成人员中毒死亡。
2)分析瓦斯爆炸事件。瓦斯爆炸事件是在
瓦斯爆炸对于矿工的生命安全以及煤矿的可持瓦斯超标和存在一定氧气的条件下,同时遇见了高
续发展构成很大的威胁。虽然全国在瓦斯爆炸分析温火源而发生的。对导致瓦斯爆炸的原因及后果进
方面取得了很大进展,但传统的分析方法只注重局行全面系统的分析,形成一连串因果链。
部原因的分析,而忽略了从全局对瓦斯爆炸事故进
3)分析输入事件。输入事件有时存在下
行研究。因此借用安全系统工程中事故树分析法,级输入事件,因此对能够继续分解的输人事件要进
对瓦斯爆炸事故进行系统性分析,将是最好的选择。行细致分析。
本文试图以“事故树”法对矿井瓦斯爆炸事故进行
4)对瓦斯爆炸事件“建树”。当瓦斯爆炸事
系统全面的分析,以达到预防瓦斯爆炸事故的发生故中的输人事件不能继续向下分解时,将顶上事件
的目的。
和输入事件放置在固定位置,我们将得到一颗因果
2事故树分析法
倒置的瓦斯爆炸事故树。如图1所示。事故树基本
事件代码如表1。
事故树分析法( Fault Tree Analysis,简称FTA
是安全系统中常用的一种分析方法,是一种演绛推3事故树的定性与定量分析
理方法,这种方法把系统可能发生的某种事故与导
导致顶上事件发生的基本事件的集合称为割
致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为集。在事故树中的割集的个数一般不止一个,在这
事故树的树形表示,通过对事故树的定性与定量分些割集中,最小割集为不包含其它割集的集合。最
析,找出事故发生的主要原因,为确定安全对策提供小割集的完整集合则代表了给定系统的全部故障。
可靠依据,以达到预测与预防事故发生的目的2
它的意义在于为我们提供了事故发生的主要原因,
收稿日期;2011-10-08
作者简介:张金山(1959-),男,内蒙古包头人,教授,硕士研究生导师,从事煤矿安全的教学与研究工作。
2012年1月
张金山等:瓦斯爆炸事故树分析
第21袅第1親
帮助我们进行及时有效的改正。
树的17个最小割集是
瓦斯爆炸
K1={X1,X
K3={X3,X1
KKK
瓦斯抽放
工作失因自然意」斯
矿井通风量
装量故
A195
bdョSSak风数
方式
K1={X12,X};K2=
=xxx
报
X16,K1p};K6={
K1={X18,X1
17个最小割集表达了造成瓦斯爆炸的17种模
事故树的3个最小径集是:
图1瓦斯爆炸事故树
表1图1中变量事件定义
P1={X1,X2,X3,X4,X,X。,X1,X8,Xっ,X1,Xュ,X13,
代码事件
事件
X14,X15,X16,X1,K1s;P2=1X1,X2,X3,X4,X5,X6,
代码
抽放管泄髂
传慇器故障
X1,X8,K10,X1,X2,X13,X14,K15,K16,X,Xg;P3
抽放泵停止工作
巷道溻风
Xo o
没发觉
风机功率太低
开采规模过大
风机罩堵垢
4结构重要度的计算和排序
生产工艺不当
风机出现故障
X。煤层和围岩瓦斯含量大x。调控格局存在问题
不考虑各基本事件发生的难易程度,假设各基
X地面大气压骤变
进风井设计缺陷
本事件的发生概率相等,仅从事故树的结构上研究
停电
回风井设计缺陷
各基本事件对顶上事件的影响程度,称为结构重要
XLED发光二极管故障
高温火源
蜂鸣报警器故障
度
根据结构重要度的定义:
目前,最小割集的求解方法有多种,“布尔代数
()=yn-r2,[(i,X)-6(0,x)
法”是求解最小割集应用较为普遍和有效的一种。
本文的瓦斯爆炸事故树就可以用布尔代数来描述。
求得各底事件的结构重要度,如表2所示。
用布尔代数化简得出的最简析出标准式中由最小项
表2各底事件的结构重要度
所属单元构成的集合,称为最小割集。其最简析取
I(X1)=0.0357142857141(X1)=0.035714285714
(X2)=0.035714285714(X12)=0.035714285714
标准式中每个最小项所属单元构成的集合,若最简
(X3)=0.035714285714I(X13)=0.035714285714
析取标准式中含有m个最小项,则该事故树有m个
(X1a)=0.035714285714
最小割集。
I(X5)=0.035714285714I(X1s)=0.035714285714
I(X6)=0.03714285714I(X16)=0.035714285714
根据布尔代数的性质,可把任何布尔代数化为
(X)=0.035714285714/(X1)=0.035714285714
析取和合取两种标准形式。析取标准形式为:
I(X)=0.035714285714I(X1)=0.035714285714
(X。)=0.014368755217(X19)=0.5
f=A1+A2+…+A。=∑A
I(X1o)=0.014368755217
合取标准形式