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煤礦沖擊地壓的事故樹分析

文檔作者：劉占魁趙海兵程志明孟國勝崔毛毛文檔來源：內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月12日
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總第146期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．201 1．10．020
煤礦沖擊地壓的事故樹分析
劉占魁，趙海兵，程志明，孟國勝，崔毛毛
(內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010)
摘要：在綜合分析影響煤礦沖擊地壓事故因素的基礎(chǔ)上，采用事故樹分析方法得到影響頂事件的各階最
小割集，通過計算基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，確定了影響煤礦沖擊地壓事故的主要因素，并提出相應(yīng)的安全
措施，對降低煤礦沖擊地壓事故有重要意義。
關(guān)鍵詞：事故樹分析；煤礦沖擊地壓；最小割集；結(jié)構(gòu)重要度
中圖分類號：TD321 ．1 文獻標識碼：B 文章編號：1005—2798(2011)10—0048—02
1 我國沖擊地壓歷史與現(xiàn)狀
沖擊地壓是煤礦開采中典型的動力災(zāi)害之一，
通常是在煤、巖力學(xué)系統(tǒng)達到極限強度時，以突然、
急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導(dǎo)致煤巖層瞬時破壞
并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人
身傷亡事故。在我國，沖擊地壓作為一種特殊的礦
壓顯現(xiàn)形式，已成為煤礦開采，特別是深部開采礦井
的主要災(zāi)害，嚴重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。
我國最早記錄的沖擊地壓現(xiàn)象于1933年發(fā)生
在原撫順礦務(wù)局的勝利煤礦，當(dāng)時的開采深度為
200 m左右。后來，隨著開采深度的增加和采掘范
圍的擴大，原北京礦務(wù)局的門頭溝礦、城子礦、礦山
礦，原撫順礦務(wù)局的龍風(fēng)礦和老虎臺礦，原棗莊礦務(wù)
局的陶莊礦、八一礦，原開灤礦務(wù)局的唐山礦，原阜
新礦務(wù)局的高德礦、五龍礦，四川天池煤礦等都發(fā)生
了沖擊地壓。
近10年來，隨著我國煤礦開采深度的不斷增
加，開采強度不斷加大，發(fā)生沖擊地壓的礦井的分布
范圍越來越廣。截至2006底，北京、棗莊、撫順、阜
新、遼源、大同、天池、開灤、新汶、徐州、義馬、鶴壁、
雙鴨山等近100個礦區(qū)(井)均發(fā)生過沖擊地壓。
僅2001年至2006年底，在大同、撫順、北京、華亭、
大同、阜新等局因沖擊地壓的發(fā)生而導(dǎo)致的重大傷
亡事故就多達l0起，死傷人數(shù)達數(shù)百人。
目前我國煤礦產(chǎn)量居世界之首，又以井工開采
為主，這種局面在一個相當(dāng)長時間內(nèi)難以改變。隨
著我國煤礦開采深度的進一步增加和開采強度的加
大，沖擊地壓的危害將日趨嚴重。從目前情況看，我
國每年均發(fā)生多起因沖擊地壓而導(dǎo)致的人員傷亡事
48
故，已成為世界上沖擊地壓最嚴重的國家之一。因
此，分析煤礦沖擊地壓事故產(chǎn)生的原因顯得非常重
要。然而，煤礦沖擊地壓因其影響因素多、原因復(fù)
雜、成災(zāi)時間短、破壞性大，成為礦山巖石力學(xué)和煤
礦開采中的疑難問題之一。本研究應(yīng)用事故樹分析
法對煤礦沖擊地壓事故進行研究。事故樹分析法是
安全系統(tǒng)工程中常用的一種方法，它是應(yīng)用數(shù)理邏
輯的方法，從一個可能的事故開始，一層一層地逐步
尋找引起事故的觸發(fā)事件、直接原因和間接原因，并
分析這些事故原因之間的相互邏輯關(guān)系，是一種演
繹分析法，用來分析沖擊地壓引起的事故是非常合
適的。
2 沖擊地壓事故樹的編制
2．1 事故樹編制步驟
事故樹編制步驟按其目的和要求的精度不同而
有所不同。一般可以按照一定的程序進行分析。
1) 確定事故樹頂事件。確定頂事件是指確
定所要分析的對象事件。根據(jù)事故調(diào)查報告分析損
失大小和事故頻率。煤礦沖擊地壓作為事故的頂事
件。
2) 調(diào)查與頂事件有關(guān)的所有原因事件。煤
礦地質(zhì)因素、開采技術(shù)條件因素和組織管理措施因
素等方面調(diào)查與事故樹頂事件有關(guān)的所有事故原
因，確定事故原因并進行影響分析。
3) 編制事故樹。采用一些規(guī)定的符號，按照
一定的邏輯關(guān)系，把事故樹頂事件與引起頂事件的
原因事件，繪制成反映因果關(guān)系的樹形圖。
4) 事故樹定性分析。事故樹定性分析主要
是按事故樹結(jié)構(gòu)，求取事故樹的最小割集或最小徑
收稿日期：2011-06-27
作者簡介：劉占魁(1952一)，男，內(nèi)蒙古包頭人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向為巖石力學(xué)。
劉占魁等：煤礦沖擊地壓的事故樹分析 第2O卷第10期
集，以及基本時間的結(jié)構(gòu)重要度，根據(jù)定性分析的結(jié)
果。確定預(yù)防事故的安全保障措施。
5) 事故樹定量分析。事故樹定量分析主要
是根據(jù)引起事故發(fā)生的各基本事件的概率重要度和
關(guān)鍵重要度，根據(jù)定量分析的結(jié)果以及事件發(fā)生的
概率；計算各基本事件的概率重要度和關(guān)鍵重要度。
根據(jù)定量分析的結(jié)果以及事故發(fā)生以后可能造成的
危害，對系統(tǒng)進行風(fēng)險分析，以確定安全預(yù)防措施。
2．2 煤礦沖擊地壓事故樹的建立
沖擊地壓是煤礦開采過程中發(fā)生的以突然、急
劇、猛烈為破壞特征的一種礦山動力現(xiàn)象。引起沖
擊地壓發(fā)生的原因是多方面的，影響因素也很多。
針對煤礦開采特點以及煤礦地質(zhì)條件和開采條件，
沖擊地壓的影響因素總的來說可以分為三類，及煤
礦地質(zhì)因素、開采技術(shù)條件因素和組織管理措施因
素。根據(jù)煤礦沖擊地壓事故防治理論，及對我國歷
年來所發(fā)生的煤礦沖擊地壓事故的調(diào)查統(tǒng)計，總結(jié)
出引起沖擊地壓事故樹(見圖1)，事故樹基本事件
代碼如表1。
圖1 煤礦沖擊地壓事故樹
表1 煤礦沖擊地壓事故樹基本事件代碼
代碼 事件 『弋碼 事件
71 煤礦沖擊地壓 放炮
A- 生產(chǎn)技術(shù)引起沖擊地壓 回柱(移駕)
Az 地質(zhì)條件引起沖擊地壓 x8 采煤過程
B 頂板管理 開采順序不合理
B2 采煤方法 l0 巷道布置不合理
地質(zhì)構(gòu)造 l1 工作面開采不規(guī)則
煤層頂板 12 巷道斷面不合理
曰s 煤層物理力學(xué)性質(zhì) 13 褶皺
c 對危險估計不足 14 斷層
C2 人為擾動 5 煤柱上方直接頂?shù)桶迨Х€(wěn)
1開采深度達到?jīng)_擊地壓傾向 l6 頂板厚度
支護質(zhì)量差 -7 煤質(zhì)較硬
防沖意識薄弱 Av 煤體達到極限之前
I8 表現(xiàn)為彈性變形
丘 沒有掌握巖層運動規(guī)律 。 煤層自然含水率低
沒有專門管理機構(gòu) 2d煤層厚度較大或厚度變化較
2．3 事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)式
T=Al+A2=( 】·B】· 2)+(B3+ 4+B5)=
l·(C1+C2)·( + 10+ 12)+( l3+ 14)+
( l5+ 16)+( 17+ 18+ l9+ )=
．[( + + 十 )+(瓦+瑪+ 8)]·(墨
+ 】0+ ¨+ 12)+( 13+ l4)+( 15+ l6)+( 】7
+ l8+ 19+X20)
2．4 求最小割集
引起頂上事件發(fā)生的基本事件的最低限度的集
合叫最小割集。用布爾代數(shù)簡法求得上述事故樹有
36個最小割集，即：
{ 1， 2， 9}，{ l， 2， 10}，{ l， 2， 1l}，{ l， 2， 12}
{ l， 3， 9}，{ l， 3，戈10}，{ 1， 3， 11}，{ 1， 2， 12}
{ 1， 4， 9}，{ 1， 4， 1o}，{ 1， 4， ll}，{ 1， 4， 12}
{ 1， 5， 9}，{ l， 5， 1o}，{ 1， 5， 1l}，{ 1， 5， l2}
{ 1， 6， 9}，{ l， 6， 10}，{ l， 6， 11}，{ l， 6， 12}
{ 1， 7， 9}，{ l， 7， 10}，{ 1， 7， 1l}，{ l， 7， l2}
{ 1， 8， 9}，{ l， 8， 1o}，{ 1， 8， 11}，{ 1， 8， l2}
{ 13}，{ 14}，{ 15}，{ 16}，{ 17}，{ l8}，{ 19}，{ 2(】}
2．5 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析
若不考慮基本事件發(fā)生的難易程度，或假設(shè)各
基本事件的發(fā)生概率相等，僅從事故樹的結(jié)構(gòu)上研
究各基本事件對頂上事件的影響程度稱為結(jié)構(gòu)重要
度分析。它的求解方法有多種，但較為常見的求解
方法是用最小割集求結(jié)構(gòu)重要度，其計算公式為：
， = 1 k
式中， 為最小割集總數(shù)；E，為第r(r=1，2，?，
k)個最小割集的標記； 為基本事件；m，為第r個
最小割集E，中含有的基本事件的個數(shù)。用上述公
式可計算出36個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)。經(jīng)
計算可得結(jié)果如下：
，
86
(1)
5
(2)
) )=1 ) )一 )
I,p(9)-I 。) l,p?)_I 志
)=I,p(13) 一 =1 6)
7) 8) 9)一 。) 志
由以上計算可得各基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序：
I牛(1)>I (9)=I (10)=I (I1)=I (12)>I中(2)>I牛(4)
= I (5)=I (6)=I (7)=I (8)>I (3)=I牛(13)=I牛(14)
= I‘p(15) (16) (17) I (18) I ) I (20)
2．6 結(jié)果分析
由煤礦沖擊地壓事故樹圖可以看出，組成該事
故的邏輯門共有10個，其中邏輯或門占8個，邏輯
與門占2個，由此可知煤礦沖擊地壓事故是比較容
易發(fā)生的。另外，通過對事故樹最小割集的計算可
知，最小割集有36個，在36個最小割集中有8個最
小割集僅含有1個基本事件， (下轉(zhuǎn)第73頁)
49
程姣：煤炭企業(yè)如何走低碳循環(huán)經(jīng)濟之路 第20卷第10期
形成以主要依靠太陽能、風(fēng)能、水能等可再生資源為
能源，以提高能源利用效率和創(chuàng)建清潔能源結(jié)構(gòu)為
核心的，以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的新經(jīng)濟
模式。低碳循環(huán)經(jīng)濟已成為由工業(yè)文明向生態(tài)文明
過渡的主要特征，成為未來社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生
活質(zhì)量改善的主流模式。
[責(zé)任編輯：王偉瑾]
七 七七 -4" -4" -4" 女 七 -4" -4" 女 -4"七-4" 七
(上接第49頁)其它26個最小割集中有3個基本事
件，根據(jù)最小割集的定義可知，當(dāng) ，， ， ， ，
， ， ， 加中任何一個基本事件發(fā)生時，都有可
能造成煤礦沖擊地壓事故。
從結(jié)構(gòu)重要度來看，開采深度達到?jīng)_擊地壓傾
向最大，說明它在沖擊地壓事故中所占比例最大，
因此必須選擇與沖擊地壓活動規(guī)律相適應(yīng)的防范措
施，引起沖擊地壓事故的客觀條件如煤層頂板、地質(zhì)
構(gòu)造，另外加之人為因素，如缺乏安全知識及缺乏檢
測手段。同時技術(shù)上管理的漏洞也是導(dǎo)致沖擊地壓
事故的重要原因。
3 預(yù)防沖擊地壓事故的安全措施
1) 開采保護層是最有效的戰(zhàn)略性措施。在開
采煤層群的條件下為了降低潛在危險層的應(yīng)力，首
先開采沒有沖擊傾向性，或沖擊危險l生小的煤層。
2) 避免高應(yīng)力的形成。調(diào)整開采順序，調(diào)整
采區(qū)和工作面布置，實現(xiàn)無煤柱開采，避免形成應(yīng)力
高集中。
3) 保證與最大地應(yīng)力方向平行進行采煤與掘
進。調(diào)整開采方向，降低沖擊危害程度。
4) 擴大應(yīng)力釋放，以降低應(yīng)力集中程度與應(yīng)
力釋放速度。改進開采方法，使開采過程中的應(yīng)力
釋放區(qū)域增大，從而避免局部應(yīng)力的高度集中與沖
擊危險區(qū)域的形成。
5) 控制煤層存貯能量的條件。對煤層實施卸
壓鉆孔、切槽、卸載爆破等，以改變煤體承載能力，使
應(yīng)力集中程度下降，并使煤體應(yīng)力峰值向煤巖體深
部轉(zhuǎn)移，增加阻力、降低沖擊危險性或誘發(fā)沖擊。
6) 控制頂板能量的突然釋放與加載。對頂板
實施定向斷裂(定向水壓致裂或深孔斷頂爆破技
術(shù))，可改變工作面周圍煤巖層的應(yīng)力分布，使煤巖
體中存儲的能量能夠及時、有效地以穩(wěn)定破壞的形
式釋放出來。
7) 改善底板中的支承能力并加大煤層和頂板
的變形。對底板進行切槽卸壓，使煤層底板能及時
破壞，可促使煤層和頂巖層的變形加大，其彈性變形
能的消耗也將增加，從而避免煤巖層中能量的高度
積聚與突然釋放。
8) 最大限度地降低構(gòu)造對沖擊地壓的影響。
采取煤層高壓預(yù)注水、煤層深孔爆破等方法，使軟弱
層加厚，變形加大，易于以穩(wěn)定、緩慢形式釋放大量
的彈性能，起到防止沖擊地壓的作用。
9) 進一步加強現(xiàn)場實際觀測和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜
集工作，為揭示該地區(qū)沖擊地壓的發(fā)生規(guī)律，定量描
述與發(fā)生沖擊地壓有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，為預(yù)防沖擊地
壓作好準備。
1O) 設(shè)立專門的管理機構(gòu)，負責(zé)對沖擊地壓進
行管理，同時對員工進行防沖意識培訓(xùn)。
4 結(jié)語
綜上所述，隨著開采條件的變化，沖擊地壓已成
為危害煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患。通過事故樹分析
法分析區(qū)域地質(zhì)條件、開采條件、人為擾動，使危害
程度降低到最低。這種分析法在預(yù)防煤礦沖擊地壓
事故中，必將對煤礦安全生產(chǎn)起到積極作用。
參考文獻：
[1] 齊慶新，竇林名．沖擊地壓理論與技術(shù)[M]．徐州：中國
礦業(yè)大學(xué)出版社，2008．
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現(xiàn)狀及分析[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2008(1)：26—30．
[責(zé)任編輯：王偉瑾]
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