事故树评价方法应用探讨之一
作者：王海宁 添加时间：2017/9/12 16:31:34 浏览：
事故树评价方法在采煤工作面瓦斯爆炸
事故中的应用探讨
王海宁
(云南省地方煤矿事业局 昆明 650011)
摘 要 本文在工程技术、安全原理的基础上，尝试运用事故树评价方法对煤矿采煤工作面引发瓦斯爆炸事故的危险、有害因素进行分析、评价和预测。目的是不断探讨评价理论与评价实际运用相结合的方法。
关键词 事故树 评价方法 应用
引 言
事故树（Fault Tree Analysis，FTA）也称故障树，是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是安全系统工程中的重要的分析方法之一。它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于定性分析，又能进行定量分析。具有简明、形象化的特点，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。FTA作为安全分析评价和事故预测的一种先进的科学方法，已得到国内外的公认和广泛采用。
20世纪60年代初期美国贝尔电话研究所为研究民兵式****发射控制系统的安全性问题开始对事故树进行开发研究，从而为解决****系统偶然事件的预测问题作出了贡献。随之波音公司的科研人员进一步发展了FTA方法，使之在航空航天工业方面得到应用。20世纪60年代中期，FTA由航空航天工业发展到以原子能工业为中心的其他产业部门。1974年美国原子能委员会发表了关于核电站灾害性危险性评价报告——拉斯姆逊报告，对FTA作了大量和有效的应用，引起了全世界广泛的关注，目前此种方法已在许多工业部门得到运用。
FTA不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潜在原因，因此在工程或设备的各阶段、在事故原因查找或编制新的操作方法时，都可以使用FTA对它们的安全性作出评价。
FTA的优点是：
1、它能识别导致事故的基本事件（基本的设备故障）与人为失误的组合，可为人们提供设法避免或减少导致事故基本原因的线索，从而降低事故发生的可能性；
2、对导致灾害事故的各种因素及逻辑关系能作出全面、简洁和形象描述；
3、便于查明系统内固有的或潜在的各种危险因素，为设计、施工和管理提供科学依据；
4、使有关人员、作业人员全面了解和掌握各项防灾要点；
5、便于进行逻辑运算，进行定性、定量分析和系统评价。
FTA应用比较广泛，非常适合于高度重复性的系统。但是FTA步骤较多，计算也较复杂；在国内数据较少，进行定量分析还需要做大量工作。
一、建立采煤工作面瓦斯爆炸事故树
根据采煤工作面主要生产及安全管理环节，绘制事故树（见图1），确定瓦斯爆炸为顶上事件（T）。
在绘制事故树时，对基本事件的界定是实现事故树评价方法运用好坏的关键因素，它决定事故树结构的复杂程度，决定事故树评价关键环节因素的查找。本文中将工作面风量不足、工作面瓦斯大量涌出、监测监控系统失效、人工检测失误、明火、电气火花界定为基本事件进行分析，如需深入分析可另行绘制事故树进行更深层次分析，如监测监控系统失效可另行划定评价单元进行分析，工作面风量不足可另行划定评价单元进行分析。根据分析结果可制定更详细的防范措施，采用这样的方法可以实现对事故顶上事件、中间环节及底部事件的树状分析。
图1
二、求最小割集和结构重要度
根据建立事故树的逻辑门关系，利用布尔代数求采煤工作面瓦斯爆炸顶上事件（T）的最小割集。
T=A·B
=（A1·A2）·（X5+X6）
=（（X1+X2）·(X3·X4)）·(X5+X6)
=(X1·X3·X4+ X2·X3·X4）·(X5+X6)
= X1·X3·X4·X5+ X1·X3·X4·X6+ X2·X3·X4·X5+ X2·X3·X4·X6
计算结果。共有4个最小割集，根据最小割集中基本事件出现的多少和次数，进行结构重要度（I）顺序分析。在各个最小割集中，基本事件越少，其结构重要度越高，越容易发生事故。在基本事件数目相同的各个最小割集中，出现次数较多的基本事件的结构重要度较高。从求得的最小割集中可以看出，在所有最小割集中有2个基本事件出现在所有最小割集中即监测系统失效（X3）和人工检测失误（X4），其结构重要度高。另4个基本事件即工作面风量不足（X1）、工作面瓦斯大量涌出（X2）、明火（X5）、电气火花（X6）分别出现了2次，所以，X1·X2·X5·X6的结构重要度相等。因此，采煤工作面瓦斯爆炸事故的最小割集中6个基本事件结构重要度顺序为：
I3=I4﹥I1=I2=I5=I6
由基本事件的结构重要度顺序可以看出,造成顶上事件发生第一位的是监测系统失效（X3）、人工检测失误（X4）,第二位的是工作面风量不足（X1）、工作面瓦斯大量涌出（X2）、明火（X5）、电气火花（X6）。根据最小割集可以判断煤矿企业或评价机构在防治工作面瓦斯爆炸中，各环节的防治重点及内容，可根据计算结果分别制定各环节的管理要求及防治措施。
三、求最小径集和结构重要度
根据已建立的事故树，改变事故树中逻辑关系，即将逻辑门符号更换后建立成功树图（见图2）。
图2根据成功树求出保证不发生顶上事件及瓦斯爆炸事故（T′）的最小径集。
T′=A′+B′
=（A1′+A2′）+X5′·X6′
=X1′·X2′+X3′+X4′+ X5′·X6′
共有4个最小径集｛X3′｝、｛X4′｝、｛X1′·X2′｝、 ｛X5′·X6′｝
按照各最小径集中不发生基本事件的多少和出现的次数，进行可靠性结构重要度(I′)顺序分析。在各最小径集中，不发生的基本事件越少，其结构重要度越高，即保证不发生顶上事件的可能性越大。在不发生的基本事件数目相同的各个最小径集中，出现次数多的比出现次数少的机构重要度要高。在4个最小径集中有两个基本事件即：监测监控有效X3′和人工检测及时准确X4′，其结构重要度相等，并且高于其它事件的结构重要度，X1′、X2′、X5′、X6′其结构重要度相等。所以，4个不发生的基本事件的结构重要度顺序为：
I 3′= I 4′﹥I 1′= I 2′= I 5′= I 6′
由此看来，为防止工作面瓦斯爆炸事故，第一位要保证监测监控系统有效工作和人工检测及时准确；第二位是保证矿井采煤工作面风量充足、采煤工作面瓦斯没有大量涌出（如采空区管理、上禺角的管理等）、井下没有明火和井下电气设备运行正常没有电气火花。根据分析结果也体现了“预防为主”的安全管理理念。
四、事故树的进一步运用，最小割集事故图最小径集可靠图分析
根据所求每个最小割集和最小径集所含的基本事件画出最小割集事故图（见图3）和最小径集可靠图（见图4），可以直接看出发生顶上事件或不发生顶上事件的途径。
1、用最小割集事故图分析
图3从图3上可以直观看出，可能造成顶上事件即瓦斯爆炸事故（T）发生的途径有4条：
一是X1·X3·X4·X5，工作面风量不足、监测监控系统失效、人工检测失误、有明火四个条件都发生时瓦斯爆炸发生。
二是X1·X3·X4·X6，工作面风量不足、监测监控系统失效、人工检测失误、有电气火花四个条件都发生时瓦斯爆炸发生。
三是X2·X3·X4·X5，工作面瓦斯大量涌出、监测监控系统失效、人工检测失误、有明火四个条件都发生时瓦斯爆炸发生。
四是X2·X3·X4·X6，工作面瓦斯大量涌出、监测监控系统失效、人工检测失误、有电气火花四个条件都发生时瓦斯爆炸发生。
2、用最小径集可靠图分析
从图4 可以直观看出，为保证不发生顶上事件即不发生瓦斯爆炸，共有4条可靠途径，其中最重要的途径有2条，其他路径有2条：
一是重要途径即X3′、X4′，两个不发生的基本事件，即监控有效、人工检测正确，当发生瓦斯超限时由于及时反馈，及时采取了措施有效避免了瓦斯爆炸事故的发生降低的事故损失。
二是﹛X1′、X2′﹜，﹛X5′、X6′﹜，即工作面风量充足和工作面没有发生大量瓦斯涌出，工作没有明火和没有电气火花，保证了采煤工作面的安全生产。
图4
事故图和可靠图直观反应和分析了引发事故的所有途径和关键环节，根据引发事故的各类途径给我们提供了采取各类有效防治措施的分析依据。
结 语
事故树评价方法，可以使煤矿各类事故的本身变成一个可以进行分析、评价和预测的带有规律性的事件，可以更好的预防控制事故发生及其程度，给煤矿安全管理工作开辟了新的途径。
参考文献：
（1）、杨大明 刘群 常乃俊 煤矿安全系统工程 1991.7
（2）、赵铁锤 安全评价 2004.1
（3）、薛华成 管理信息系统2001.6
作者简介：
姓名：王海宁 性别：男 出生年月：1979年9月
毕业日期：2002年7月 毕业学校：昆明理工大学
学位：大学专科 工作单位：云南省地方煤矿事业局
通信地址：昆明市白塔路216号 邮编：650011
联系电话：13708170915
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