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大采高綜放面支架圍巖系統失穩的模糊事故樹法研究

文檔作者：何富連趙志志何尚森李通達殷帥峰文檔來源：中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年09月17日
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第46卷第1O期
2014年第lO期
煤炭工程
COAL ENGINEERING
Vo1．46，No．10
No．10， 2014
doi： 10．1 1799／ce2014lO045
大采高綜放面支架一圍巖系統失穩的
模糊事故樹法研究
何富連，趙志志，何尚森，李通達，殷帥峰
(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院，北京100083)
摘要：基于同忻礦大采高綜放面支架一圍巖系統失穩機理，探究影響綜放面穩定性的因
素，建立了大采高綜放面支架一圍巖系統失穩事故樹；運用三角模糊函數和布爾代數法求出頂事
件發生的模糊概率，評價系統的安全性；對基本事件的模糊重要度進行排序，從而確定導致綜放
面支架一圍巖系統失穩的主要因素。
關鍵詞：大采高綜放面；支架一圍巖系統失穩；事故樹；三角模糊數
中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1671—0959(2014)10-0158-04
Fuzzy Fault Tree Analysis on Instability of Bracket —．Rock System
in Fully M echanized Caving Face with Large Cutting Height
HE Fu—lian， ZHAO Zhi—zhi， HE Shan g—sen， LI Tong—da，YIN Shuai—feng
(School of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)
Abstract：Based on the instability mechanism of bracket— rock system in fully mechanized caving face with large cutting
height in Tongxin coal mine，the influence factors was investigated for the stability of fully mechanized caving face，and
the instability fault tree was established．The fuzzy probability of top event was calculated with triangular fuzzy function and
Boolean algebra method，and the security of the system was evaluated．The importance degree of elementary event was
ranked to ascertain the dominant factor for the instability of bracket—rock system in fully mechanized caving face with large
cutting height．
Keywords：fully mechanized caving face；instability of bracket—rock system；fault tree；triangu lar fuzzy numbers
大采高綜放開采由于煤層較厚、生產條件特殊，相對
于普通綜放開采對支架等相關設備有了更高的要求，設備
的維護和管理難度加大，故障率也較普通綜放面設備要高；
加之操作不慎，組織失誤等人為因素，使得工作面支護往
往達不到理想效果甚至出現支護失效。另外，由于采高和
頂煤厚度大幅增加，大采高綜放面還存在覆巖運動規律不
清，力源不明? 等復雜地質問題，致使支架一圍巖系統失
穩的幾率進一步增大，因此保證大采高綜放面支架一圍巖
系統的安全穩定是煤礦實現高產高效的必要條件。
同忻礦8105綜放工作面主采煤層為石炭系3 ～5 煤，
采用單一走向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采，工作面
傾斜長200m，中部支架為ZF15000／27．5／42型支撐掩護式
低位放頂煤支架，采高為3．9m，放煤厚度11．59m。在該工
作面的開采過程中比較嚴重的片幫冒頂等異常礦壓現象時
有發生，不僅如此，在該煤層開采的過程中也曾發生嚴重
的支架一圍巖事故。如在8107綜放工作面曾發生大范圍的
冒頂片幫和底鼓事故，事故初期，煤壁發生嚴重片幫，片
幫深度達1．5～2．5m，局部大于3．Om；后期，頂板大范圍
冒漏，大量矸石漏至工作面，最大冒高達17m以上，大量
冒落煤巖體侵入到支架中，導致工作面停產，嚴重威脅井
下人員的安全。
為了保障8105工作面的后續安全生產需要對支架一圍
收稿日期：2013—08—19
基金項目：國家自然科學基金資助項目(51234005)；國家重點基礎研究發展計劃資助(2010CB226802)；中央高校基本
科研業務費專項資金資助項目(2010YZ02)
作者簡介：何富連(1966一)，男，浙江臨海人，教授，博士生導師，主要從事礦山壓力與巖層控制方面研究，
E—mail：1046171715@ qq．con。
引用格式：何富連，趙志志，何尚森，等．大采高綜放面支架一圍巖系統失穩的模糊事故樹法研究[J]．煤炭工程，
2014，46(10)：158—161．
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2014年第10期 煤炭工程
巖系統進行深入研究。目前，大采高綜放開采雖然在理論
和實踐都有一些進展，但是由于各個礦井的地質生產條件
差異較大，支架一圍巖系統穩定性的關鍵影響因素也有較
大區別，并且現有研究也極少對支架一圍巖這一復雜的礦
山系統進行全面細致的分析，礦井安全事故的“蝴蝶效應”
時有發生。因此，本文將模糊事故樹法引入到大采高綜放
工作面支架一圍巖系統穩定性的研究中。
事故樹分析法作為一種全面有效的系統安全評價方法，
其描述事故的因果關系具有直觀明了、思路清晰、邏輯性
強等優點，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地
揭示出導致事故的潛在原因，傳統的事故樹分析要求基本
事件有精確的概率，但在煤礦系統中，存在很多不確定因
素，這些不確定性的因素對系統基本事件的發生行為有影
響，基本事件的精確概率并不是一成不變的；另外有些基
本事件也沒有精確的統計概率，為了盡可能準確描述事故
發生的可能性引入三角模糊數表征基本事件發生的概率。
1 三角模糊數
1)
2)
如圖1所示為兩個三角模糊數；三角模糊數的相關計
算原則可參考文獻[2]，不再贅述。
圖1 兩個三角模糊數
2 支架一圍巖事故樹的建立及分析
2．1 支架一圍巖系統失穩事故樹建立
基于大采高綜放面支架一圍巖系統失穩機理結合8105
綜放工作面地質生產條件以及礦井工作面以往事故統計，
主要從支架和圍巖的兩方面探討導致事故發生的原因，統
卜支架一圍巖失穩；A1一支架失穩；A2一圍巖失穩；A3一勞動作業管理不善；Bl一支架故障；B2一支護質量差；
一圍巖開裂軟弱；B4一異常礦壓顯現；B5一移護不規范；B6一割煤質量差；Cl一機械故障；C2一泄漏故障；
C3一支設質量差；C4一支架穩定性差；C5一煤巖體松軟破碎；C6一構造發育；C7一圍巖異常破斷；C8一預測防護不力
JDl一支架構件損壞；D2一液壓系統泄漏；D 一端面圍巖事故；D4一頂板異常來壓；D5一圍巖裂動機理不明；
E】一管路故障；E2一立柱泄漏；E3一千斤頂泄漏；E4一操縱閥泄漏；E5一單向閥泄漏
圖2 大采高綜放工作面支架一圍巖系統失穩事故樹
2．2 事故樹的分析
2．2．1 定量分析
穩事
． -
，
的概
難以
見表
X26、
1)利用布爾代數法，計算出頂上事件 的發生概率為
0．31—0．52，表明8105綜放工作面支架一圍巖系統穩定性
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較差，系統的潛在危險性較大，應提高警惕并采取相應措
施確保工作面支架一圍巖系統的安全。
2)三個A級事件的概率降序為支架失穩(0．22—
0．25)、勞動作業管理不善(0．12—0．22)、圍巖失穩
(0．06～0．11)，表明支架失穩是支架一圍巖系統失穩的主
因，要使系統的整體穩定性得到較大提高應著眼于如何保
持支架的穩定性。
3)支架泄漏故障概率為0．136—0．141，在支架整體故
障中所占的比例達到60．9％ ，表明支架的泄漏故障是造成
支架性能欠佳的主因，另外支架的液壓閥泄漏故障即操縱
閥、安全閥、單向閥三者泄漏故障之和占支架泄漏故障的
96．4％ ，因此加強液壓閥的檢修是保證支架液壓系統良好
工作的重中之重。
表1 大采高綜放工作面支架一圍巖系統失穩事故樹基本事件的三角模糊概率數
符號 基本事件 三角模糊概率數 符號 基本事件 三角模糊概率數
l 破損結構件檢修不力 (0．014，0．054，0．016) 3 頂梁俯仰異常 (0．0019，0．039，0．0012)
2 立柱損壞 (0．00002，0．0001，0．00005) 頂煤破碎 (0．00097，0．003，0．00097)
千斤頂彎曲脫落 (0．00002，0．0002，0．00001) 底板松軟 (0．00255，0．00917，0．00255)
操縱閥手把頓挫失靈 (O．001，0．006，0．002) x26 裂隙發育 (O．00073，0．005，0．00073)
底座主筋斷裂 (0．00003，0．0001，0．00002) 7 夾層繁多 (0．00615，0．01233，0．00615)
液壓軟管破損 (0．001，0．005，0．003) 8 斷層 (0．00134，0．0015，0．00134)
瑪 管路堵塞 (0．006，0．02，0．008) 9 煌斑巖入侵 (0．01224，0．023，0．01224)
管路接頭損壞 (0．005，0．015，0．005) 0 嚴重片幫 (0．005，0．043，0．003)
乳化液泄漏發現不及時 (0．05，0．65，0．05) l 冒頂 (0．002，0．009，0．OO4)
l0 立柱泄漏 (0．0004，0．003，0．0007) 32 周期來壓過大 (0．00883，0．022，0．00883)
J 立柱活塞腔串液 (0．0006，0．005，0．0009) 3 頂板大面積來壓 (0．00075，0．00157，0．00075)
l2 千斤頂漏液 (0．007，0．O1，0．003) 34 防護措施不及時 (0．0015，0．005，0．o024)
13 千斤頂活塞腔串液 (0．003，0．03，0．005) 5 冒落片幫機理不明 (0．12246，0．25，0．12246)
l4 操縱閥漏泄 (0．OO4，0．O1，0．003) X36 覆巖破斷運動機理不明 (0．07071，0．36667，0．07071)
l5 操縱閥串液 (0．O1，0．05，0．02) 37 推進速度過慢 (0．003，0．015，0．001)
l6 單向閥漏液 (0．003，0．008，0．002) 8 采高超限 (0．016，0．O44，0．006)
17 單向閥高低串液 (0．007，0．013，0．009) X39 支護不及時 (0．0005，0．003，0．0003)
l8 安全閥漏液 (0．O04，0．055，0．005) 0 梁端距過大 (0．003，0．032，0．007)
l9 液壓管漏液 (0．002，0．005，0．001) 1 接頂距過大 (0．007，0．035，0．013)
初撐力不足 (0．005，0．02．0．007) 2 底板未割平 (0．0122，0．025，0．0122)
21 支架前梁不接頂 (0．006，0．04，0．004) 托3 煤壁未采直 (0．0245，0．014，0．0245)
2 支架傾倒歪斜 (0．0021，0．015，0．0038)
2．2．2 定性分析
1)事故樹的最小割集。采用布爾代數法求系統的最小
割集，應用到支架一圍巖事故樹，其表達式如下：
T = Al+A2+A3
： l[ + + + +( + + )]+
[( l0+ l1)+( l2+ l3)+( l4+ 15)+
( 16+X17)+ l8+ l9]+[( 20+ 1)+
( 22+ 3)]+( + 5+ 6+ l27)+
( 。+ )+[ o+ ，+ + ]
[X3 +( 5+ 6)]+[ 7+恐8+(恐9+
40+ 。)+( 42+ )]
由上式可知，該故障樹最小割集數46，任意一個最小
割集的發生都能影響支架一圍巖系統的穩定性。
從8105綜放工作面支架一圍巖系統失穩事故樹的邏輯
門構成分析，邏輯門共28個，其中邏輯“或” 門25個，
占89．3％ ；而“與” 門3個，僅占10．7％ 。“或” 門較多
表明大部分單個事件都有輸出，即每一個單個事件的發生
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都會引起相應的故障或事故，支架一圍巖系統的穩定性
較差。
2)基本事件的模糊重要度分析。基本事件的模糊重要
度S 反映了對頂上事件的影響程度，基本事件的模糊重要
度越大，表明其對系統的影響越大。本文采用模糊重要度
中值法 】，求出基本事件的模糊重要度，并對其排序，令
S 為基本事件置的模糊重要度，則基本事件的模糊重要度
排序：
S9< < <540>< J<
Sl3<$42><
S27<
S10

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