故障树定性分析在机采盘区片冒事故预防管理中的应用

薛希忠

（金川集团股份有限公司三矿区，甘肃 金昌 737100）

片冒事故在金川镍矿安全事故中占有很大的比重，据统计金川镍矿某矿片冒事故占全部安全事故的34.4%，而这一统计中还没有将片冒造成的设备损害事故纳入其中。分析和预防片冒事故的发生一直是金川镍矿安全管理控制的重点。本文将故障树分析方法应用于金川镍矿片冒事故的分析和预防中，对改善金川镍矿安全管理具有重要的现实意义。

1 故障树（FTA）分析简介

故障树（FTA）广泛用应于系统安全工程分析中，是树的一种特殊形式，属于系统工程中的图论范畴，树就是一个无圈的连通图，而故障树则是从结果道原因描述故障的方向树。

在编制故障树时，首先要确立顶上事件。所谓顶上事件就是故障树分析的对象事件。如充填体顶板片冒致伤事故、矿岩片冒致伤事故等。在明确了顶上事件后，就要找出构成这一事件的直接原因，如人的不安全行为，通风不畅等。然后再找出构成直接原因的第二层原因，直到最基本的原因。顶上事件、中间事件和基本事件之间由逻辑门将之连接形成故障树系统。基本的逻辑门符号如下图所示。

图1 逻辑“或”门

图2 逻辑“与”门

逻辑“或”门，标示只要有一个或一个以上输入事件出现则输出事件就出现，只有全部输入事件都不出现，输出事件才不出现的逻辑关系。其符号如图1所示。

逻辑“与”门，标示全部输入事件出现则输出事件才出现，只要有一个输入事件不出现，则输出事件就不出现的逻辑关系。其符号如图2所示。

2 片冒事故故障树分析

金川镍矿应用下向分层胶结充填采矿法，片冒事故是其生产工艺过程中经常发生的安全事故。金川镍矿片冒事故有两大类，一类是充填体片冒，另一类是矿岩片冒。现将两类片冒事故按照FAT方法分析如下：

图3 充填体片冒事故树图

图4 矿岩片冒事故树图

以上故障树分析可以看出，如将两类片冒事故故障树结合成一个就成为金川镍矿片冒事故树。其中共有中间事件9个，即：支护不良、人的不安全行为（其中包括检撬不彻底一个中间事件）、充填体质量不佳（其中又包含充填准备不合格、充填作业发生故障两个中间事件）、地质条件差、爆破影响、地压活动，基础事件27个。从故障树结构来看，所有的基本事件和中间事件、中间事件和顶上事件之间均以“或”门连接，而基本事件共有27个之多，也就是说这27个基本事件中有一个发生，片冒事故就有可能发生，这也是片冒事故为什么会在金川镍矿安全事故中占有高达34.4%比例的根本原因。为了更加详细的对片冒事故发生原因进行分析，根据片冒事故故障树分析出的27个基本事件从人、环境、管理三个方面进行逐一分析。

2.1 人的因素分析

故障树显示造成片冒事故的基本事件中人的因素共有8个即：没有检撬、选位不当、检撬顺序不当、充填铺连不合格、吊挂不合格、碎石未清净、凿岩不正确、无爆破警戒，涉及人的不安全行为、充填准备不合格和爆破影响三个中间事件。

2.2 环境因素分析

故障树显示造成片冒事故的环境因素共有：照明不足、通风不良、节理发育、断层破碎带、矿岩接触带和季节变化共6个基本事件，涉及地压活动、地质条件差和检撬不彻底三个中间事件。

2.3 管理因素分析

故障树显示涉及管理因素的基本事件有相邻盘区影响、采空区过大、凿岩不正确、充填原料配比不良、水进入采场、打底高度不够、充填次数＞3、支护不及时、没有支护、支护质量差、支护被破坏、底板不平整、进路超高共13个。共涉及检撬不彻底、充填准备不合格、充填作业发生故障、地压活动、支护不良共五个中间事件，而支护不良和充填准备不合格包含的基本事件最多，达到了9个。

3 片冒事故预防

从片冒事故故障树分析可以看出，要预防片冒事故就必须从加大教育培训投入、改善作业环境、实施科学化管理三方面入手。

3.1 加大教育培训投入

片冒事故故障树分析中涉及的8项人的因素，都反映出从业人员技能差、安全责任意识不强的特点，要有效预防片冒事故就必须在严肃不安全行为经济考核力度的基础上，大幅提高安全教育培训投入，从物力、财力、人力三方面加大对从业人员安全技能培训和安全意识教育的力度，不断提高从业人员的综合素质，遏制不安全行为。在这里需要考虑的是教育培训不仅仅是办了多少期培训班，而应该考虑做的内容和原因，解决了那些实际问题或潜伏的问题，杜绝那种种将错的事情也做得很好的不良现象。同时安全教育还应该包括厂区及社区安全知识宣传、作业现场安全警示标语挂设、办公区安全警语挂设、奖励表现优异者等安全文化培育行为。

3.2 改善作业环境

地下矿山开采受生产工艺影响，作业环境相对恶劣。片冒事故故障树基本事件中和环境因素有关的共有6项，其中节理发育、断层破碎带等三个还属于井下矿山固有特性，人力无法根除。但在实际生产过程中，照明不足、通风不畅、空间狭小、高温潮湿、跑冒滴漏等作业环境对作业行为的影响却是潜移默化的。不良环境往往会引发员工忽视作业程序，冒险蛮干的行为。而这种行为的“蝴蝶”效应会不断扩大，进而引发多个作业环节存在违章、违标行为的连锁反应，最终不可避免的引发事故。因此，必须不断改善作业环境，做到现场整洁有序，强制或引导员工形成自律、自主安全管理的工作作风，严格按照规程、标准、制度作业，减少和避免片冒事故的发生。

3.3 实施科学化管理，提高矿山本质安全化水平

片冒事故故障树分析中涉及管理因素的基本事件有13个，占全部基本事件的48%。其中支护不良和充填准备不合格又包含9个基本事件，占全部基本事件的33%。可见要预防片冒事故，必须实施科学化、标准化管理，提高充填体质量、研究完善支护方式，加强支护过程质量监控和绩效考核，不断提高矿山的本质安全化水平。

3.3.1 不断提高充填体质量

金川矿山采用下向胶结充填法，充填体的质量对预防片冒事故具有十分重大的影响。必须实施科学管理，不断提高充填体质量。

（1）胶结充填体的强度主要取决于水泥的含量。而水泥耗量和采矿成本又息息相关。实际应用中必须通过试验来确定水泥的最佳加入量。

（2）在水泥用量不变的条件下，通过控制用水量和骨粒粒径，保持料浆浓度大于75%，同时在每次充填结束后，必须及时排水，而不是在接顶时再进行一次性排水，降低充填过程中的离析现象，提高充填体质量。

（3）在充填工艺系统具有高度的可靠性和稳定性的前提下，必须保证充填打底的合理高度,减少充填次数，降低不接顶面积。目前金川镍矿虽然在充填过程中都采用1：4的高灰砂比，但如果打底层高度过小（＜1.6m），下分层顶板的水平拉应力必然增大，不利于安全生产。同时，充填次数过多、充填不接顶，必然减弱充填顶板的整体稳定性，最终引发充填体顶板的冒落。

（4）用粉煤灰代替部分水泥做胶凝剂效果明显，但从现场充填体来看，部分进路水泥的水化硬化过程受到了影响，影响了充填体强度，因此，必须严格控制粉煤灰的添加量。

（5）加大对充填准备过程不合格项的考核力度和频度，督促基层单位严格按照设计标准进行充填准备过程作业。

（6）从生产现场来看，充填不接顶和充填体顶板高低不齐有着直接关系，同时现场充填体顶板发生开裂甚至冒落也和顶板高低不平有着直接联系，必须不断加强回采过程质量管控，实现底板平整，掘进、回采规格符合工艺标准，从而提高充填体整体稳定性。

3.3.2 加强支护方式研究

金川矿山岩体破碎、埋藏深、地压力大，地压活动频繁，使巷道围岩在完成支护和多次返修后仍继续收敛变形，给安全生产带来很大影响。而支护不良是导致片冒事故发生的一个重要原因。金川镍矿要预防和控制片冒事故，就必须在现有喷锚网支护、锚注支护的基础上，加强对支护方式的研究，严格支护过程管理，不断提高支护质量。

4 结语

故障树分析法在对金川镍矿片冒事故发生机理分析以及事故事故预防措施的制定方面具有重要的实践价值。金川镍矿要预防和避免片冒事故的发生，必须结合实践和矿山实际不断提高矿山的装备水平、管理水平和从业人员综合素质，从多方面入手，加强日常的技术管理和质量控制工作。同时还需要指出的是工艺技术创新和管理创新对降低和防止片冒事故具有同等重要的意义。