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煤礦瓦斯超限事故樹分析

文檔作者：杜保平文檔來(lái)源：烏海市煤炭管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月12日
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煤礦瓦斯超限事故樹分析
杜保平
（烏海市煤炭管理局， 內(nèi)蒙古烏海016000）
摘要本文針對(duì)神華集團(tuán)烏達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司五虎山煤礦開采現(xiàn)狀， 在不考慮設(shè)備故障的情況
下，找出導(dǎo)致瓦斯超限的基本事件，運(yùn)用事故樹分析方法，評(píng)價(jià)各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，并且根據(jù)
結(jié)構(gòu)重要度的不同分別采取預(yù)防措施，防止瓦斯超限事故發(fā)生。
關(guān)鍵詞事故樹分析方法；瓦斯超限；基本事件
中圖分類號(hào)：TD712.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-0797（2016）06-0033-03
煤礦在一通三防和安全系統(tǒng)工程中，管理的重
要環(huán)節(jié)就是瓦斯管理， 這也是管理的薄弱環(huán)節(jié)，而
瓦斯管理的難點(diǎn)和重點(diǎn)又是瓦斯超限。瓦斯超限是
礦井在日常生產(chǎn)中主要危險(xiǎn)因素之一。隨著煤礦開
采技術(shù)水平的改進(jìn)、采掘強(qiáng)度的加大和機(jī)械化水平
的提高，煤炭產(chǎn)量大幅度提升，從而導(dǎo)致瓦斯的涌
出量增大，瓦斯超限的事故發(fā)生。這樣不僅威脅礦
井的安全，而且嚴(yán)重制約了礦井的產(chǎn)能。因此，分析
礦井瓦斯的來(lái)源和瓦斯超限的原因，積極探索創(chuàng)新
瓦斯管理方法和瓦斯防治技術(shù)，預(yù)防事故發(fā)生。
1 瓦斯來(lái)源
煤礦瓦斯的來(lái)源是多方面的， 主要來(lái)源于：①
采煤區(qū)， 瓦斯主要來(lái)自于采落的煤炭和暴露的煤
壁，煤炭中瓦斯的釋放是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它不
是在采落后立刻全部釋放，而是經(jīng)過(guò)滲透和擴(kuò)散逐
漸釋放出來(lái)， 這個(gè)過(guò)程受到濕度和煤塊塊度的影
響，其大小與煤瓦斯含量、割煤速度等因素有關(guān)；②
掘進(jìn)區(qū)， 瓦斯由煤巷的煤壁涌出和落煤釋放構(gòu)成，
其大小與煤層中瓦斯的含量、煤巷長(zhǎng)度和掘進(jìn)速度
等因素有關(guān)；③采空區(qū)，瓦斯不僅與鄰近層的有無(wú)、
鄰近層中瓦斯的含量、煤層間距和頂板的管理方法
有關(guān)，而且與遺留的煤柱和丟煤也有很大的關(guān)系。
分析礦井瓦斯的來(lái)源，測(cè)定出采煤區(qū)、掘進(jìn)區(qū)
和采空區(qū)瓦斯釋放量分別占礦井瓦斯總量的比例，
從而確定抽放方法，將瓦斯排放到礦井之外，避免
瓦斯超限，確保礦井安全生產(chǎn)。
2 瓦斯超限
煤礦在采煤和掘進(jìn)工作面等作業(yè)地點(diǎn)，瓦斯的
濃度達(dá)到或超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的濃度，稱
之為瓦斯超限。采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷中
的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或超過(guò)1.0%時(shí)， 必須立即停止作
業(yè)，撤出人員，采取措施并進(jìn)行處理；采掘工作面以
及其他的作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中、電動(dòng)機(jī)或是其開關(guān)安設(shè)
地點(diǎn)附近20m 內(nèi)，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí)，必
須立即停止工作，切斷電源，撤出人員，進(jìn)行處理。
瓦斯超限是煤礦的重大安全隱患，隨著礦井開
采強(qiáng)度的增加， 而且不斷向深部開采, 對(duì)安全生產(chǎn)
的影響逐漸增大，如果處理不當(dāng)，不僅會(huì)制約煤礦
的高產(chǎn)、高效, 而且會(huì)導(dǎo)致瓦斯爆炸事故。瓦斯爆炸
有一定的濃度范圍，瓦斯與空氣混合后，遇火能引
起爆炸的濃度范圍稱之為瓦斯爆炸界限，瓦斯爆炸
界限一般為5%～16%。
3 瓦斯超限事故樹分析
煤礦現(xiàn)代化2016年第6期總第135期
The Fault Tree Analysis Gas Ultralimit in Coal Mine
Du Baoping
（Coal Administration Bureau of Wuhai, Wuhai 016000）
Abstract: According to the exploitation status of Wuhushan coal mine of Wuda coal industry co.,LTD of Shenhua Group,this thesis find out
the basic event may cause gas ultralimit and using fault tree analysis method to evaluate the structural importance of each basic event without
consider the equipment fault,and taking various prevention measures according to the different of structural importance to prevent the gas ultralimit.
Key word: fault tree analysis method,gas ultralimit,basic event
·33·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
神華集團(tuán)烏達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司五虎山煤礦
位于內(nèi)蒙古烏海市烏達(dá)區(qū)，隸屬于神華烏海能源公
司，目前開采的煤層為10 號(hào)、12 號(hào)煤層，礦井2014
年瓦斯鑒定為高瓦斯礦井， 瓦斯的絕對(duì)涌出量為
92.91m3/min，相對(duì)涌出量為37.08m3/t。在日常生產(chǎn)的
過(guò)程中，會(huì)有瓦斯超限事故的發(fā)生，直接影響礦井
安全，干擾礦井正常生產(chǎn)秩序，所以本文運(yùn)用事故
樹分析法，在不考慮設(shè)備故障的前提下，深入分析
導(dǎo)致瓦斯超限事故發(fā)生的原因，提出合理可行的安
全技術(shù)措施，提高井下安全和生產(chǎn)效率。
3.1 事故樹分析法
事故樹分析法是安全系統(tǒng)工程中重要分析方
法之一，從瓦斯超限的特定事故或故障開始，作為
頂上事件，然后層層分析，找出發(fā)生的原因，直到找
出導(dǎo)致瓦斯超限的所有基本事件。它能夠?qū)ν咚钩?
限的危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)和評(píng)價(jià)，即能分析出導(dǎo)致事故
發(fā)生的直接原因，又能深入的揭示導(dǎo)致事故發(fā)生的
潛在因素。他不僅具有直觀、明了、思路清晰和邏輯
性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且還可進(jìn)行定性分析和定量分析。
3.2 瓦斯超限的基本事件
煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致瓦斯超限的因素很多，
而且各個(gè)因素又相互聯(lián)系。因此，通過(guò)煤礦實(shí)際情
況和查閱相關(guān)資料調(diào)查和總結(jié)（分析）導(dǎo)致瓦斯超
限的原因，從中概括出所有基本事件，全面研究瓦
斯超限這一重大安全隱患。
3.3 瓦斯超限事故樹構(gòu)造
從頂上事件瓦斯超限開始，然后逐層分析查找
導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的中間事件，并逐次下推，然后
找到導(dǎo)致中間事件發(fā)生的基本事件，最后按其邏輯
關(guān)系畫出事故樹。如圖1 所示瓦斯超限事故樹。
3.4 求最小割集
根據(jù)圖1 瓦斯超限事故樹，運(yùn)用布爾代數(shù)求出
瓦斯超限的最小割集。
T=T11·T12
=（T21+T22+T23）·（X12+X13+X14）
=（X1+X2+X3+T31+X8+X9+X10+X11）·（X12+X13+X14）
=[X1+X2+X3+（X5·X6·X7）+X8+X9+X10+X11）]
·（X12+X13+X14）
從而得出瓦斯超限事故樹的24 個(gè)最小割集：
K1= {X1，X12}；K2= {X1，X13}；K3= {X1，X14}；K4= {X2 ,
X12}；K5={X2 ,X13}；K6={X2 ,X14}；K7={X3 ,X12}；K8={X3 ,
X13}；K9={X3 ,X14}；K10={X5 , X6 , X7 , X12}；K11={X5 , X6 ,
X7 , X13}；K12={X5 , X6 , X7 , X14}；K13={X8 ,X12}；K14={X8
,X13}；K15={X8 ,X14}；K16={X9 ,X12}；K17={X9 ,X13}；K18={X9
,X14}；K19={X10 ,X12}；K20={X10 ,X13}；K21= {X10 ,X14}；K22=
{X11 ,X12}；K23={X11 ,X13}；K24={X11 ,X14}；
上面任何一組最小割集里面的基本事件同時(shí)
發(fā)生時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致頂上事件發(fā)生,說(shuō)明瓦斯超限發(fā)生
的途徑有24 組。
3.5 結(jié)構(gòu)重要度
在確定了瓦斯超限事故樹的最小割集后，可以
運(yùn)用公式1 進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度的近似計(jì)算:
Iφ（i）=1-Πxi∈Kj（1- 1
2 （nj-1）） （1）
式中：Iφ（i）為基本Xi 的重要系數(shù)近似判別值；nj 為
中基本事件個(gè)數(shù)；kj 為含有基本事件i 的最小割集。
根據(jù)公式1, 可得瓦斯超限事故中各個(gè)基本事
件結(jié)構(gòu)重要度排序：
Iφ（12）=Iφ（13）=Iφ（14）＞Iφ（1）=Iφ（2）=Iφ（3）
=Iφ（4）= Iφ（8）= Iφ（9）= Iφ（10）= Iφ（11）＞Iφ（5）= Iφ
（6）=Iφ（7）
從瓦斯超限的事故樹結(jié)構(gòu)分析，導(dǎo)致瓦斯超限
的基本事件共有14 個(gè)，最小割集有24 組，每組里
面的基本事件同時(shí)發(fā)生，都可能導(dǎo)致瓦斯超限的發(fā)
煤礦現(xiàn)代化2016 年第6 期總第135 期
T- 瓦斯超限；T11- 生產(chǎn)；T12- 設(shè)計(jì)；T21- 一通三防；
T22- 采煤；T23- 掘進(jìn)；T31- 上隅角管理不到位；
X1- 打鉆噴孔；X2- 抽采不達(dá)標(biāo)；X3- 區(qū)域瓦斯治理不到位；
X4- 通風(fēng)系統(tǒng)不完善；X5- 采空區(qū)瓦斯大；
X6- 采空區(qū)瓦斯涌出；X7- 上隅角風(fēng)速低；
X8- 斷面不符合規(guī)定；X9- 煤壁片幫；
X10- 貫通未及時(shí)通風(fēng)；X11- 風(fēng)筒管理不善；
X12- 瓦斯綜合治理方案不符合規(guī)定；
X13- 瓦斯綜合治理措施不到位；
X14- 瓦斯綜合治理防突設(shè)計(jì)不到位；
圖1 瓦斯超限事故樹
·34·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
（上接第32頁(yè)）
比，也就是說(shuō)，波速越大，孔隙率越小，破碎程度越
低，應(yīng)力越高；波速越小，孔隙率越大，破碎程度越
高，應(yīng)力越低。根據(jù)這個(gè)原理，在應(yīng)力釋放前后分別
進(jìn)行聲波測(cè)量，并以此作出判斷，我們從1 水平交
叉口取出幾部分聲波測(cè)試結(jié)果（如圖4 所示），表明
應(yīng)力釋放前后的聲波速度和鉆孔深度之間的關(guān)系。
顯然，由于孔間的相互作用，聲波速度在鉆孔開始
處基本上是不變的，這證明了爆破卸壓對(duì)最初的底
板造成的破壞非常小。確切的說(shuō)是由于斷面擴(kuò)大，
所以聲波速度降低。
圖4 聲速和孔深之間的關(guān)系
5 結(jié)論
（1）爆炸卸壓的作用原理，一方面是它形成破
碎區(qū)域并壓縮圍巖提供更多的可壓縮空間；另一方
面是破碎帶形成了底板梁， 阻礙深部巖層向上鼓
出。
（2）為了保證應(yīng)力釋放的效果，爆破孔的深度
必須滿足最低深度的要求并且通過(guò)應(yīng)力集中區(qū)。
作者簡(jiǎn)介：
穆效治（1988-），男，助理工程師，現(xiàn)任山西晉神沙坪煤
業(yè)有限公司綜掘二隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，主要從事煤礦開采技術(shù)研究。
（收稿日期：2016-10-09）
生。根據(jù)各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，依次采取有
效措施加以控制，避免事故的發(fā)生。
（1）選擇有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)院做好瓦斯綜合治
理方案、瓦斯綜合治理措施和瓦斯綜合治理防突設(shè)
計(jì)，并組織專家進(jìn)行評(píng)審。在日常的生產(chǎn)活動(dòng)中嚴(yán)
格按照已評(píng)審的方案、措施和設(shè)計(jì)進(jìn)行施工作業(yè)。
（2）加強(qiáng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的管理，以風(fēng)定產(chǎn)；加強(qiáng)
礦井局部通風(fēng)系統(tǒng)管理，風(fēng)筒的接頭要嚴(yán)密，對(duì)風(fēng)
筒破口要及時(shí)粘補(bǔ)；派專人檢查和維修通風(fēng)設(shè)施。
（3）按照設(shè)計(jì)做好區(qū)域瓦斯的抽采和治理達(dá)標(biāo)
工作；加強(qiáng)上隅角瓦斯管理；加強(qiáng)巷道管理，盡量減
少盲巷。
4 結(jié)論
本文針對(duì)神華集團(tuán)烏達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司五
虎山煤礦瓦斯超限事故報(bào)警現(xiàn)狀，運(yùn)用事故樹分析
法，深入分析導(dǎo)致瓦斯超限事故發(fā)生的原因，全面、
科學(xué)的提出預(yù)防瓦斯超限的措施，做到有效預(yù)防和
控制，保證煤礦安全、高效生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊勝?gòu)?qiáng)，俞啟香，王凱.脈沖射流驅(qū)散上隅角積聚瓦斯的
理論實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2002（02）.
[2] 牛玉海.工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)實(shí)踐[J].價(jià)值工程，
2014（21）.
[3] 吳志強(qiáng).瓦斯重點(diǎn)區(qū)采煤工作面上隅角瓦斯治理[J].山東
煤炭科技，2008（01）.
[4] 張紅燦，邵方，高加傳.采煤工作面上隅角瓦斯運(yùn)移規(guī)律
及超限防治[J].山西建筑，2010（15）.
[5] 王遠(yuǎn)廣.采煤工作面上隅角瓦斯治理方法[J].煤炭技術(shù)，
2009（07）.
[6] 薛景明.采煤工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)[J].煤礦安全，
2011（02）.
作者簡(jiǎn)介：
杜保平（1984.7-），男，漢，工程師，在烏海市煤炭管理局
從事技術(shù)管理工作。
（收稿日期：2016-08-29）
煤礦現(xiàn)代化2016年第6期總第135 期
·35·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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