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基于安全系统事故树分析的煤炭自燃预防

文档作者：韩亚平1 冯团英2 文档来源： 1. 江西省煤炭工业科学研究所 2. 江西工业职业技术学院		点击数：	更新时间： 2021年09月17日
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2014 年5 月
基于安全系统事故树分析的煤炭自燃预防
韩亚平1 冯团英2
（1. 江西省煤炭工业科学研究所江西南昌330029 2. 江西工业职业技术学院江西南昌330039）
摘要：在系统安全分析中，应用最广泛的是事故树分析法。
本文研究了煤矿生产中所存在的煤炭自然发火安全事故问题，根
据事故致因理论，通过对自然发火事故的统计分析，应用危险性
预先分析技术，对煤炭自然发火中可能的事故原因进行了辨识；
其次，建立了煤炭自然发火事故树以及与其相对应的安全树；进
而提出安全预防对策措施，消除煤炭自然发火安全隐患，确保煤
矿安全生产。
关键词：事故树；煤炭自燃；安全隐患；预防；应用
前言
从系统工程的观点来看, 矿井是一个复杂的大系统, 它由
采、掘、机、运、通等子系统组合而成；每个子系统都分别影响着大
系统, 且子系统之间又互相联系与影响。只有将系统的观点运
用于矿山生产的安全管理上, 才能全面地观察、分析和解决问
题。
安全系统分析是采用系统工程的原理和方法，识别、分析、评
价系统中的危险性，并根据其结果调整工艺、设备、操作、管理、生
产周期和投资等因素，使系统可能发生的事故得到控制，并使系
统达到最佳安全状态。
一、矿井自燃安全状况
矿井煤炭自燃发火是煤矿生产的主要灾害之一，是煤矿安全
生产的隐患。对于自燃发火的原因，传统的分析方法已为我们提
供了许多有益的经验，但有些建立在经验基础上的传统方法，难
以用来解决现代生产过程中出现的带有综合性原因的灾害问题；
因此，要系统的、全面的查明自燃灾害的发生原因和可能发生的
途径，以及对煤矿安全生产的影响，就必须引进与应用现代管理
的新方法，将传统的实践经验分析与事故树分析法相结合，找出
产生煤炭自燃发火的原因及可能途径，提出预防事故发生的合理
对策。
某矿一直采用倾斜分层、煤皮假顶回收老巷煤的采煤方法，
回采率低于60%。该矿煤层平均厚度12米，顶底板均属软岩，矿
压较大。煤的最短发火期为18天，自然发火期为一个月。自投
产以来总发火次数654次，最高年份达110次/ 年、发火率为2. 05
次/ 万吨。
最高年份煤炭自然发火情况表
项目
工作面上部采空区
工作面回风道
工作面下部采空区
采煤巷
联络巷
上、下分层漏底处
工作面中部采空区
其它
发火次数
30
23
6
18
12
13
5
3
百分率（%）
27. 3
20. 9
5. 5
16. 4
10. 9
11. 8
4. 5
2. 7
合计110 100. 0
该矿的采煤方法较为落后，工作面推进速度慢、采空区留煤
量多且封闭不及时，是造成煤炭自然发火的一个原因。
由于回采工作面太短、煤柱、联络巷、探煤巷过多，增加了煤
层的破坏程度并产生了过多的应力集中，也使得通风产生较大压
差并增加了压能的消耗，使得自燃的次数不断增加。
利用传统的分析方法，虽可找出引起自燃的基本事件，但无
法知道是所有基本事件同时发生，还是某些事件组合就能引起自
燃，而哪些事件最重要更无法确定。因此，必须按照基本事件间
的逻辑关系，建立事故树进行分析；通过对事故树的最小割集与
最小径集以及结构重要度的分析计算，才可找出由哪些基本事件
组合可使顶上事件（事故）发生及影响程度，为有效地控制或减少
事故提供定性与定量的依据。
二、安全系统事故树分析
1.建立事故树模型
事故树分析法把不希望发生的事件作为顶上事件（Top
Event），用规定的逻辑符合表示，然后找出导致上一层事件发生
的所有直接因素，并逐次深入直至找到根本源及基本事件（事故
树的底事件）为止。图1为煤炭自然发火事故树分析图。
图1 煤炭自然发火事故树
2.最小割集与最小径集
最小割集与最小径集都是事故树的分析方法。最小割集是
导致顶上事件发生的必要基本事件组合，表示同时发生哪些事件
和差错时，才会产生事故，即表示整个系统的危险性。最小径集
是使顶上事件不发生的必要基本事件的组合，可说明不同时发生
哪些事件和差错时，就不会引起事故的发生，即表示系统的安全
性。事故树复杂时，分析容易出错，因此需要进行简化。现用布
尔代数对图1进行简化：
（1）最小割集
T=A1A2X1X2=(A3+A4+A5)(A6A7)X1X2
=(X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12) 〔(X13+
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X14+X15+X16)(X17X18+X19)〕X1X2
=(X3 + X4 + X5 + X6 + X7 + X8 + X9 + X10 + X11 + X12)
(X13X19 + X14X19 + X15X19 + X16X19 + X13X17X18 +
X14X17X18+X15X17X18+X16X17X18)X1X2
分解上式，可得最小割集80个：
K1=(X1, X2, X3, X13, X19)、K2=(X1, X2, X4, X13,
X19)、……K30=(X1, X2, X12, X15, X19)、
……K60=(X1, X2, X3, X14, X17, X18)、……K80=(X1, X2,
X12, X16, X17, X18)
（2）最小径集
对事故树偶的安全树用布尔代数简化出来的结果就是最小
径集。利用最小径集与最小割集的对偶性，把事故树的与门改为
或门，或门改为与门，则各类事件的发生就改为不发生，由此得到
了与事故树相对偶的安全树，见图2。
图2 煤炭自然发火安全树
安全树的最小割集即为事故树的最小径集：
T′ = A1′ + A2′ + X1′ + X2′ = (A3′ A4′ A5′ ) +
(A6′ + A7′ )+ X1′ + X2′
=(X3′ X4′ X5′ X6′ X7′ X8′ X9′ X10′ X11′
X12′ )+ (X13′ X14′ X15′ X16′ +
A8′ X19′ )+ X1′ + X2′ = X1′ + X2′ + X3′ X4′
X5′ X6′ X7′ X8′ X9′ X10′
X11′ X12′ + X13′ X14′ X15′ X16′ + X17′ X19′ +
X18′ X19′
得到6组最小径集：
S1=X1、S2=X2、S3=X17X19、S4=X18X19、S5=
X13X14X15X16、S6=X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12。
3.结构重要度
基本事件结构重要度是表示各基本事件的发生，对影响顶上
事件（事故）发生的重要度。对重要程度高的事件在整改时加以
优先考虑，能更快地提高整个系统的可靠性。
由基本事件在最小径集中出现的次数以及组合情况，可求解
出基本事件的结构重要度的排列顺序如下：
I1=I2＞I19＞I17=I18＞I13=I14=I15=I16＞I3=I4=I5=I6=
I7=I8=I9=I10=I11=I12
三、评价与对策
最小割集能表示系统的危险性。因为每个最小割集都为顶
上事件发生的一种可能，求出了各组最小割集，就明确了顶上事
件的所有可能途径，这就为事故预测、预防、调查提供了依据。事
故树的最小割集组数越多，系统的危险性就越大。基本事件少的
最小割集比基本事件多的最小割集危险性要大。最小径集可表
示系统的安全性。因为每个最小径集都为顶上事件不发生的可
能，所有，对每个最小径集内基本事件的控制，都是防止事故的方
案，从而实现系统安全。
最小割集说明该矿自然发火的可能途径有80组，对于每一
种可能的途径，只要使其中任一基本事件不发生，就可避免由该
集造成的自然发火。
1. 加快工作面推进速度就可消除X4这一基本事件，随之而
来就可消除8种带有X4这一基本事件的割集所引起的自然发火
路径。
2. 加强对煤炭自燃的预测预报工作，提高瓦检人员的技术素
质，加强管理，发现自燃的早期预兆应及时处理；同时必须提高工
作面的回采率，减少遗煤量；以控制X1或X2使其不能发生，就可
避免80种引起自燃的可能途径。
3. 改进落后的采煤方法，加快工作面的推进速度，减少遗煤
量，并同时进行预注浆等防火措施；以避免因回采率底、采空区空
顶时间长等造成的另外56种引起自燃的途径。
4. X19是结构重要度中较有影响的因素，可引起40种自燃途
径，因此必须采取有效措施：改善通风系统，尽量缩短风流路线，
维护巷道的完好率，以降低井巷风阻。
如果事故树中与门多，定性分析可从求最小割集入手。如果
或门多，则宜从求最小径集入手，找出控制事故的最好方案。控
制或消除基本事件少的最小径集集中的基本事件，其安全经济效
益最高。最小径集只有6组，分析它要简单的多，同时结合基本
结构重要度大小的排列顺序，就可有目的、有重点、有顺序地提出
整改措施，使大家对自然发火的原因有更清楚的认识。
结语
该矿对系统进行评价后，根据分析的结果，落实了整改措施：
进行厚煤层放顶煤开采，配套预注阻化剂防火，并加强了对火灾
预兆的处理，使得自然发火率下降近90%，年自燃次数不超过10
次，取得了较满意的效果。
显而易见，将安全系统事故树分析与实践经验相结合，可以
查出问题的全部所在，解决极为复杂的现实问题，提高矿井安全
管理水平，最大限度的保障安全生产，减少灾害事故的发生率。
参考文献：
［1］国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业
出版社，2010.
［2］林柏泉，张景林．安全系统工程[M].北京：中国劳动社会
保障出版社．2007
［3］贺爱民，韩亚平．安全系统工程在煤矿安全中的应用[J]
．江西煤炭科技，2000（3）.
［4］韩亚平，陈光荣．喷洒阻化剂在峨四矿的应用[J]．地方
煤矿，1990（3）.
［5］韩亚平．应用阻化剂预防工作面自然发火[J]．煤矿安
全，1989（1）.
作者简介：
1.韩亚平，男，江西南昌，06 级中国政法大学博士研究生，单
位：江西省煤炭工业科学研究所；研究方向：矿山安全理论与技
术、爆破力学与工程、现代企业理论与职业经理人研究。
2.冯团英，女，江西九江，08 级南京财经大学硕士研究生，单
位：江西工业职业技术学院；研究方向：企业管理。
管理创新
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