瓦斯爆炸事故树分析Word文档格式.docx
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3.1瓦斯爆炸事故的基本事件 9
3.2瓦斯爆炸事故树的建立 10
3.3瓦斯爆炸事故树Matlab分析 11
3.3.1事故树的最小割集 11
3.3.2事故树的最小径集 11
3.3.3顶事件发生概率 11
3.3.4重要度分析 12
第4章瓦斯爆炸事故预防 14
4.1技术措施 14
4.1.1防止瓦斯积聚措施 14
4.1.2防止火源引爆瓦斯防止瓦斯引燃的原则是消除明火,控制热源 14
4.2管理制度措施 14
第5章总结 16
参考文献 17
附录A程序代码 18
第1章绪论
1.1研究背景及意义
安全是人类最重要和最根本的需求，是人民生命健康和国家财产的基本保障，可以说，安全就是生命，安全就是效益，安全更是人类社会文明的标志。
做好煤矿生产安全管理工作，预防和控制煤矿瓦斯事故的发生，在确保煤矿矿工人的生命安全的基础上寻求煤炭工业的发展，是煤炭工业发展的不可逆转的必然趋势。
目前，我国绝大部分煤炭是靠井下开采的。
按照联合国有关机构帮助中国国土资源部按照联合国资源分类方案制订“资源及固体燃料和矿产分类方案”，我国的煤炭储量约为1100亿吨左右，居世界第三位。
我国在能源生产和消费中，煤炭能源约占70%以上，因此，煤炭作为主要能源的地位将会在相当长的历史时期中不会改变。
煤矿生产与其他行业相比其工作场所处于井下深处有限的空间，环境条件恶劣、多变，随着开采过程不断移动，采煤环境不断改变和恶化，矿井环境条件恶劣、多变的固有属性是引起煤矿瓦斯事故多发的潜在危险因素。
仅就国有重点煤矿来看，具有煤尘爆炸危险的矿井占89.5%，高瓦斯与瓦斯突出矿井占49.2%，给改善安全环境带来更大的困难，从而导致安全工作的恶性循环。
同时，企业内部管理失误、国家监管力度不足和国家政策扶持不足也是导致煤矿瓦斯事故的原因。
世界上一些主要的煤炭生产国家，如美国、澳大利亚、南非等国家己经在煤矿生产安全工作中取得了巨大的成功，实现了对煤矿瓦斯事故的有效控制，煤炭工业成为这些国家中最安全的行业之一。
相比之下，我国的煤矿生产安全工作成效不甚理想，煤矿安全生产状况十分严峻，煤矿瓦斯事故频繁发生，虽然我国政府相继采取了一系列措施，如加强了煤矿安全生产的科技攻关力度，提高了煤矿机械化开采水平，制定了相关的法律、法规、规章及其他规范性文件，规定了大量的煤矿生产安全管理制度和措施，建立健全了煤矿安全生产监督管理机构，以及加大对煤矿企业安全生产的监督管理力度等等，然而成效并不明显，煤矿瓦斯事故并未得到有效的控制，煤矿瓦斯事故依然不断发生。
因此，煤矿瓦斯事故问题现己成为我国煤炭工业发展的“瓶颈”问题。
切实做好煤矿生产安全工作，有效预防煤矿瓦斯事故的发生，对于保障广大煤矿职工的人身安全，保证煤炭工业的持续稳定发展，促进国民经济的持续健康发展以及维护社会安定团结具有十分重大的意义。
1.2国内外煤矿安全生产现状
1.2.1我国煤矿安全生产现状
在我国的能源工业中，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70%左右,预计到2050年还将占50%以上，因此,煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。
2002年全国煤炭总量为13.9亿吨,2003年为16.0亿吨,2004年煤炭产量尽管达到了19.60亿吨,2005年达到21亿吨,仍不能完全满足需求。
当前,我国经济的快速增长,对煤炭工业发展提出了更高的要求。
为此,必须确保煤炭工业持续、稳定、健康的发展。
我国95%的煤矿开采是地下作业,煤矿安全生产形势仍十分严峻,具体表现为:
（1）煤矿事故的死亡人数占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的死亡人数的72.8%～89.6%（2002-2005年）；
（2）煤矿企业一次死亡10人以上事故中,瓦斯事故占死亡人数的71%。
煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的，造成的损失是极其惨重的。
例如：
2004年10月20日发生在郑州大平煤矿的瓦斯爆炸事故,死亡148人；
2004年11月28日发生在铜川陈家山煤矿的瓦斯爆炸事故,死亡166人；
2005年2月14日发生在阜新孙家湾矿的瓦斯爆炸事故，死亡214人；
2005年11月27日发生在七台河东风煤矿的煤尘爆炸事故，死亡171人。
（3）由于煤矿事故多,死亡人数多,造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下,与先进采煤国家的差距很大。
2000-2004年我国煤矿的百万吨死亡率为6～3,而国外先进采煤国家煤矿百万吨死亡率非常低。
如2000年,南非煤矿的百万吨死亡率为0.13,印度为0.42,波兰为0.26,俄罗斯为0.46。
2002年美国煤矿百万吨死亡率只有0.025。
由此可见,我国煤矿安全生产水平与国外先进采煤国家相比,还有很大差距。
（4）煤矿特大及特别重大瓦斯（煤尘）灾害事故的频发不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重地影响了我国的国际声誉。
在以人为本、关爱生命、建立和谐社会的背景条件下，我国煤矿必须大幅度减少和控制特大以上瓦斯事故的发生。
（5）实际上,煤矿瓦斯事故的发生不是偶然的，它是以往煤矿生产过程中存在问题的集中暴露,涉及许多方面,既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人为的条件以及国家的体制、管理、经济政策,社会的传统观念，煤矿企业的文化素质等等。
1.2.2国外煤矿安全生产现状
（1）美国作为世界主要产煤大国之一，其煤矿业也曾经历过安全事故频发的阶段。
19世纪后期到20世纪初期，由于生产技术和管理都比较落后，美国煤矿处于安全事故多发期。
1907年，美国煤矿事故死亡人数达3242人，创下历史最高记录。
20世纪40年代以来，围绕煤矿安全生产，美国先后制定了10多部法律，安全标准越来越高。
1977年，美国对《矿业安全和卫生法》进行重大修订，增加了金属和非金属矿山安全法规内容，并建立了独立的安全监察部门——矿山安全和卫生署，由劳工部助理部长任局长，对所有矿业生产进行全面和严格的监察。
新技术在煤矿业的推广和利用也是美国煤矿安全事故减少的一个重要原因。
美国矿业协会的报告指出，新技术在安全方面的贡献主要有几个方面：
第一，信息化技术的广泛采用，增强了煤矿开采的计划性和对安全隐患的预见性。
第二，机械化和自动化采掘，提高了工作效率，减少了下井人员数量，也就减少了容易遇险的人员。
第三，推广安全性较高的长墙法，取代传统形式的坑道采掘。
第四，推广新型通风设备、坑道加固材料、电器设备，从而提高了安全指标。
此外，矿山安全和卫生署下属的技术认证中心对煤矿设备进行质量检查和认证，对通过技术认证的产品，每月都在网上的产品目录中更新公布。
《矿业安全和卫生法》以及相关配套规章的实施，加上新技术的推广采用，使美国煤矿业生产走上事故低发的新阶段：
1990年至2000年，美国共生产商品煤104亿吨，死亡人数492人，平均百万吨煤人员死亡率为0.0473；
2004年美国生产煤炭近10亿吨，但煤矿安全事故中总共死亡27人，2005年这一数字更是降低到22人。
据美国劳工部发表的各行业事故率统计数字，美国的采矿业已成为较安全的行业，好于林木采伐、钢铁冶炼、运输及建筑等行业。
（2）俄罗斯也是世界上主要的产煤国之一。
近年来，随着国家法制建设的加强，政府在煤矿安全生产方面采取了一系列措施，促使安全生产状况开始向好的方向转化，工伤事故总数和死亡人数也大大下降。
俄罗斯煤矿大部分煤层赋存条件复杂，煤层倾角变化大，瓦斯含量高，煤有自然倾向和煤及瓦斯突出危险等。
开采条件较好的储量不超过20%。
前苏联解体以后，俄罗斯经济下滑，煤炭产量锐减，煤矿事故和死亡人数大幅度上升。
经过10年的结构调整，俄罗斯煤矿安全生产状况有了明显好转，特别是国家实施煤炭工业改革计划后，关闭了187个严重亏损和开采条件恶劣的煤矿，裁减了大量富余人员，使工伤事故和死亡人数明显下降。
1993—2002年煤炭行业的死亡人数由1993年的328人下降到2002秒年的85人，其中井工矿由197人下降到68人。
在这一期间，煤炭工业的百万吨死亡率也由1下降到0.34。
而井工矿的百万吨死亡率由1.5下降到0.76。
俄罗斯政府在搞好煤矿生产安全上采取了一些措施：
1、建立专门负责安全生产的监督管理机构。
2、不断完善煤矿安全生产法规。
3、对煤矿等高危行业实行安全许可证制度，加强对企业的监督。
4、加大了对生产安全违规者的处罚力度。
5、大量关闭严重亏损和开采条件极差的煤矿。
6、加大对煤矿安全的投入。
7、加强煤矿职工的安全培训。
1.3煤矿瓦斯爆炸的基本条件
瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件，一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％；
二是有足够能量的点火源；
三是混合气体中的氧气浓度不低于12％。
三个条件缺少其中任何一个均不能发生瓦斯爆炸。
1.3.1
瓦斯的浓度
瓦斯浓度超限是形成瓦斯爆炸事故的根源。
引起瓦斯爆炸的瓦斯浓度是有范围的，凡是浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限的瓦斯混合物与点火源接触时都不会引起火焰自行传播。
瓦斯浓度低于爆炸下限时，由于过量的空气作为惰性介质参与燃烧反应，消耗一部分反应热，起到了冷却作用，阻碍火焰自行传播；
相反瓦斯浓度高于爆炸上限时，由于可燃物过剩，即空气中氧气量不足，导致化学反应不完全，反应放出的热量小于损耗的热量，因而阻碍了火焰的蔓延。
1.3.2
氧气的浓度
氧气的浓度必须达到12％以上,否则井下瓦斯爆炸反应不能够持续进行。
在井下的封闭区域、采空区内及其它裂隙处由于有氧气消耗或没有供氧，可能会出现氧浓度低于12％的可能性外，其它巷道和工作面等一般氧气浓度都会高于12％。
1.3.3
火源
火源是引起矿井瓦斯爆炸事故的必备条件之一。
火源可以分为弱火源和强火源。
一般情况下，弱火源不能形成冲击波，不能使沉积煤尘转变为浮游状态；
相反，强火源会产生冲击波，并把沉积煤尘转变为浮游状态。
要发生瓦斯爆炸其火源必须要达到足够的能量,即温度一般不低于650℃、能量一般大于0.28mJ和持续时间大于爆炸感应期。
这个条件通常很容易满足的。
在煤矿开采中，对一些不可避免的火源要采取措施，使其成为不能满足点燃瓦斯的点火源。
6
-6-
第2章瓦斯爆炸事故原因分析
2.1国内外煤矿瓦斯爆炸事故统计
2.1.1我国煤矿瓦斯爆炸事故统计
由于我国煤矿瓦斯矿井随着开采深度的进一步加大及高强度机械化采掘和集约化生产，瓦斯涌出量急剧增大，瓦斯防治形势严峻。
根据国家安全生产监督管理总局公布的煤矿事故以及相关文献资料，对2001—2010年我国煤矿发生的瓦斯灾害事故进行统计。
表2.1
2001-2010年我国煤矿瓦斯灾害事故统计表（事故起数）
年度
瓦斯爆炸
瓦斯突出
中毒窒息
总和
2001
151
45
82
278
2002
160
50
149
359
2003
72
178
399
2004
126
46
116
288
2005
104
47
121
272
2006
93
49
187
2007
67
42
2008
37
41
127
2009
35
44
128
2010
34
48
119
事故起数
985
453
870
2308
表2.2
2001-2010年我国煤矿瓦斯灾害事故统计表（事故死亡人数）
1389
189
1765
1228
184
1690
1191
265
386
1842
1196
182
224
1602
1496
232
234
1962
786
236
179
1201
603
238
96
937
384
765
458
110
746
148
240
492
8879
2303
1820
13002
从我国2001—2010年煤矿发生的瓦斯灾害事故统计数据中明显可以看出：
全国煤矿瓦斯事故起数2003年是高峰期，此后连续5年较大幅度下降，到2008年后进入稳定期。
瓦斯事故死亡人数2005年是高峰期，此后进入快速下降阶段。
2.1.2国外煤矿瓦斯爆炸事故统计
日本煤矿在安全的认识上，提出了煤矿“零灾害”理念，改变了人们对煤矿的传统看法。
他们把人放在首位，以人为本，在安全上投入最多，以确保安全生产。
日本人在安全管理上倡导：
变“要我怎样做”为“我要怎样做”，形成自我安全管理体系。
日本注重提高职工的整体素质，100人中99人安全了，有1人不安全，也是不安全的。
日本是第一个提出煤矿“安全第一，生产第二”的采矿国家，有了这个指导思想，自然就能摆正安全与生产、安全与效益、安全与稳定的关系。
机械化水平高，安全投入到位。
英国国家煤炭博物馆资料室给出了这样一组数字:
19世纪60年代，英国每年每200名煤矿矿工中就有1人死亡；
20世纪初，每600人中有1人死亡；
20世纪50年代，每1000人中有1人死亡。
问及英国煤矿现在的安全情况，恰好前来博物馆参观的一位老矿工说:
“现在，英国煤矿每年死亡的矿工人数为零。
2005年为零，2004年为零，2003年为零，2002年为零……”
2.2瓦斯爆炸事故原因分析
煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关，但总的来说，主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。
（1）煤矿开采条件差。
我国煤矿井下开采条件普遍较差，据统计，2000年全国国有重点煤矿共有580处矿井进行了瓦斯等级鉴定，其中高瓦斯矿井160处，低瓦斯矿井298处，煤与瓦斯突出矿井122处;
有自然发火矿井372处，占64%，有煤尘爆炸危险矿井427处，占73.6%
。
（2）瓦斯积聚的存在。
煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多，但主要有通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。
（3）引爆火源的存在。
煤矿井下引爆瓦斯的火源有:
爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。
但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。
（4）管理水平低。
许多事故分析发现，违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故，但未引起重视，最终酿成特大瓦斯爆炸事故。
因此，管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。
（5）企业技术管理薄弱。
一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患。
（6）装备不足、管理不落实。
矿井安全装备配置不足，“先抽后采，监测监控，以风定产”方针未得到完全落实。
10
-10-
第3章瓦斯爆炸事故树及其Matlab分析
3.1瓦斯爆炸事故的基本事件
事故树分析（FTA），也被称为故障树分析，是系统安全工程分析中最重要和最常见的方法。
事故树分析法作为预测系统事故及系统安全性分析，评价的先进的科学方法，在国内外已被广泛应用。
根据瓦斯爆炸事故得统计分析，粗略地分析出发生瓦斯爆炸事故各个原因的概率，查文献事故树中各基本事件的发生概率如表3.1。
表3.1事故树中各基本事件的发生概率
X
基本事件
发生概率
X1
停电
0.05
X2
风机故障
0.02
X3
设计风量低
0.03
X4
地质构造
X5
串联通风
X6
放炮
X7
X8
冒顶
X9
漏电
X10
摩擦电火
X11
静电
X12
撞击火花
X13
放湖炮
0.04
X14
炸药不合格
X15
短间隔放炮
X16
放明炮
X17
吸烟
X18
其他
3.2瓦斯爆炸事故树的建立
经过仔细了解煤矿瓦斯爆炸事故发生的基本条件后，建立煤矿瓦斯爆炸事故树，如下图图3.1.
图3.1煤矿瓦斯爆炸事故树
T
●
●·
MM1
M2
+
M7
M5
M6
x9
M4
M3
x1x2x3x4x5x6x7x8x10x11x12x13x14x15x16x17x18
事故树中，顶事件T表示发生瓦斯爆炸事故，各中间事件代表的事件如下表表3.2。
各基本事件分别代表的事件见上页表3.1。
表3.2中间事件代表的事件
中间事件
M1
代表的事件
瓦斯积聚
引爆火源
通风不良
异常涌出
电火花
放炮火花
其他明火
3.3瓦斯爆炸事故树及Matlab分析
3.3.1事故树的最小割集
最小割集，就是导致顶上事件发生所必需的、最低限度的基本事件的集合。
根据图1中的事故树，用布尔代数化简法求其最小割集的步骤过程如下：
T=M1M2=（M3+M4）·
（M5+M6+M7+X9）
=（X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8）·
（X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18）（3.1）
则该事故的最小割集共有8×
10=80组，说明发生瓦斯爆炸事故的可能途径有80条。
3.3.2事故树的最小径集
所谓最小径集，就是使顶上事件不发生所必需的、最低限度的基本事件的集合，即最小径集表达了系统的安全性。
根据图1中的事故树可得到成功树求得最小径集为两个，分别为：
{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8}；
{X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18}。
3.3.3顶事件发生概率
由式（3.1）可得：
P=（q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8）·
（q9+q10+q11+q12+q13+q14+q15+q16+q17+q18）（3.2）
根据表3.1中数据运用Matlab软件计算得：
P（T）=0.0536
3.3.4重要度分析
（一）结构重要度分析
在事故树分析中，各个基本事件都是两种状态，一种状态是发生，即Xi=1，一种状态是不发生，即Xi=0。
各个基本事件的状态的不同组合，又构成顶上事件的不同状态，即Φ（X）=1或Φ（X）=0。
在某个基本事件Xi的状态由0变成1（即0i→li），其他基本事件的状态保持不变，顶事件的状态变化可能有四种情
况：
①顶事件维持0状态不变（即Φ（X）=0→Φ（X）=0）；
②顶事件由0变成1（即Φ（X）=0→Φ（X）=1）；
③顶事件维持1状态不变（即Φ（X）=0→Φ（X）=1）；
④顶事件由1变成0（即Φ（X）=1→Φ（X）=0）。
在这四种情况中，①③是不随基本事件发生变化的。
而④中顶事件由发生转变不发生，这是不可能的。
只有②中顶事件是由不发生转变为发生，是受该基本事件影响的。
如果通过采取具体措施控制该基本事件不发生，顶事件就不会发生，从而事故也可以避免。
这就是分析结构重要度的意义。
运用Matlab软件得出结果为：
I（X1）=I（X2）=I（X3）=I（X4）=I（X5）=I（X6）=I（X7）=I（X8）>
I（X9）=I（X10）=I（X11）=I（X12）=
I（X13）=I（X14）=I（X15）=I（X16）=I（X17）=I（X18）
根据结构重要度排序可知X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8对顶事件的发生影响最大，因此应该加强对瓦斯积聚的监控，尽量避免瓦斯积聚。
（二）概率重要度分析
运用Matlab软件进行运算得出概率重要度，并按由大到小排序，如表3.3.
表3.3概率重要度大小（顺序由大到小）
概率重要度
0.2041
0.1979
0.1680
0.1999
0.1697
0.1662
0.1646
X1>
X3=X5=X6=X7=X8>
X2=X4>
X13=X14>
X9=X11=X15=X16=X18>
X10=X12>
X17，显然，X1是最重要的，也就是说，瓦斯积聚这方面的停电原因是所有原因里面最重要的原因，因此矿井中的发电机非常重要。
对这些事件发生的预防对瓦斯爆炸事故的预防很重要。
（三）关键重要度分析
运用Matlab软件进行运算得出关键重要度，并按由大到小排序，如表3.4.
表3.4关键重要度大小（顺序
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