金属矿山爆破事故树的研究

金属矿山爆破事故树的研究

0复杂系统的评价方法安全系统是1960年后发展起来的一门新兴科学。这是一项使用系统工程方法和原则的新科学。分析、评估和控制生产中的不安全因素，以实现预防和控制造成的事故，并开展系统安全活动。我国从20世纪80年代开始在有关企业和部门推广应用系统安全的理论,并对我国的安全事业做出了巨大的贡献。事故树分析也称故障树分析(FaultTreeAnalysis简称FTA),是一种评价复杂系统可靠性和安全性的方法,在安全系统工程中有着较广泛的应用。早在20世纪60年代由美国贝尔实验室的沃尔特森(H.A.Watson)博士于1961年首先提出,是建立在概率和运筹学的基础上,并应用于民兵导弹发射控制系统的;接着该所的默恩斯(A.B.Mearns)等改进了这个方法,对解决火箭偶发事故的预测问题做出了贡献;后来,美国波音飞机公司的哈斯尔(Hassl)等人对这个方法又作了重大改进,并采用电子计算机进行辅助分析和计算。70年代美国原子能委员会应用FTA对商用核电站的灾害危险性进行评价,发表了拉马森报告(RasmussenReport),引起世界各国的关注。FTA是安全系统工程的重要分析方法之一,它在对系统的各种危险性进行辨识和评价基础上,不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入的揭示事故的潜在原因。它是按照事故的发展顺序,分成阶段,一步一步的进行分析,每一步都从成功和失败两种后果考虑,所分析的情况用树枝状图表示,故称事故树。它不仅可以定性的了解事件动态变化的过程,还可以定量的计算出各阶段的概率,最终了解事故的各种状态的发生概率。目前已有很多部门和企业正在进行普及和推广工作,并也取得了一大批成果,促进了企业安全生产。1事故树分析的总结1.1熟悉系统的范围和影响因素1)确定要分析的系统。在分析的过程中,合理的处理好所要分析的系统与外界环境及其边界条件,确定所要分析系统的范围,明确影响系统安全的主要因素。2)熟悉系统。对于已确定的系统进行深入的调查研究,收集系统有关的资料与数据,包括系统的结构性能、工艺流程、运行条件、事故类型、维修情况、环境因素等。3)调查系统发生的事故,收集调查所分析系统曾经发生过的事故和将来可能发生的事故,同时调查本单位与外单位、国内与国外同类型的事故。1.2启动事故树的准备1确定事故发生后的事件是指确定所要分析的对象事件,根据事故调查分析其损失大小和事故频率选择易于发生且后果严重的事故作为事故的顶上事件。2所有与上一事件有关的事件都被调查从人机、环境和信息等方面调查与事故树顶事件有关的所有事故原因,确定事故原因并进行影响性分析。3事故树分析的主要内容把事故树顶事件与引起顶事件的原因事件,采用一些规定的符号,按照一定的逻辑关系绘制成反映因果关系的树形图。具体流程图如下:4)事故树定性分析主要是按事故树的结构,求取事故树的最小割集或最小径集,以及基本事件的结构重要度,根据定性分析的结果确定预防事故的安全保障措施。5)事故树定量分析。主要是根据引起事故几个基本事件的发生概率,计算事故树顶事件的概率,计算几个基本事件的概率重要度和关键重要度,根据定量分析的结果以及事故发生以后可能造成的危害,对系统进行风险分析,以确定安全投资方向。6)事故树分析的结果总结与应用。及时对事故树分析的结果进行总结和应用。2爆破工程的安全随着我国民用爆破技术水平的不断提高和国家基础性建设的蓬勃兴起,爆破被广泛用于矿山开采、水电建设、地质勘探、公路和铁路建设、开发森林、疏浚航道、油井开采等各个方面。特别是在我国的露天金属矿里,大部分为露天矿开采,爆破在矿石的回采、破碎、岩石的剥离过程中,它是主要的作业内容和作业手段,成为现代化大型露天金属矿生产工艺中必不可少的一道工序。所以爆破作业的安全对整个工程的经济性、安全性来说地位极其重要。爆破工程是利用炸药爆炸释放的能量来破坏介质,存在的危险性和有害因素较多,(比如,在时间上比较集中空间上的相互干扰性大,再加上现场作业的种类较多,环境因素复杂等因素)爆破时炸药爆炸的能量只有10%～20%用在破碎周围介质上,而大部分爆炸药能量都以热能、空气冲击波、振动波等形式消散在周围介质或空气中。这部分能量不仅没有用处,而且还会对附近的介质、建(构)筑物、设备和人员的安全造成危害。所以说爆破作业是一个复杂的系统工程,属于一项专业性很强的高危行业。虽然我国爆破技术水平和爆破器材质量有了很大的提高,但是由于从业人员流动性大、素质较参差不齐等因素的影响,爆破作业仍时有发生,给国家和人民群众的生命财产带来重大损失。前车之鉴,记忆犹新,矿山爆破事故似乎一直重复着昨天的故事。根据国内外矿山工伤事故的统计,爆破事故在矿山伤亡事故中所占的比例很大,尤其是矿山重伤和死亡事故。现对我国爆破事故类型和原因统计如下表1和表2。由上表可知:采用事故树分析法对爆破事故进行全面分析研究,找出各种引起该事故的“可能途径”,对于全面分析和把握引起事故的各种致因,进而搞好今后爆破安全具有十分重要的意义。3启动事故树根据事故树的分析程序,查阅了大量的引起爆破事故的原因,建立金属矿山爆破事故树如图2。3.1中毒树的最小切分和最大直径集3.1.1求出最小割集和最孔径集1)最小割集表示系统的危险性,每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能渠道,最小割集数目越多,说明系统越危险,求出最小割集可以掌握事故发生的各种可能,为事故调查和事故预防提供方便。2)最小径集表示系统的安全性,一个最小径集中的基本事件都不发生可使顶上事件不发生,事故树中最小径集越多,系统越安全。求出最小径集,可以了解要使顶上事件不发生有几种可能方案,并掌握系统的安全性,为控制事故提供依据。3.1.2布尔代数简化法求解的事故树最小割集就是能够引起顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合(通常把满足某条件或具有某种共同性质的事物的全体称为集合,属于这个集合的每个事物叫元素)换句话说,如果割集中任一基本事件不发生,顶上事件就决不发生。最小割集的求法有行列法、布尔代数简化法、结构法、质数代入法和矩阵法。本文运用布尔代数简化法求解如图2所示的事故树最小割集如下:T=(A1+A2)X1=[A3+A4+A5+(A6+A7)X2]X1=[X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+……X14+(X15X16+……X21X22]X1式中:T-事故树中的顶上事件;Ai-事故树中的中间事件;Xi-事故树中的基本事件。有组合数学公式求的最小割集是5+5+2+3+5=20(条)这些最小割集是:K1={X1X3};K2={X1X4};K3={X1X5};K4={X1X6};K5={X1X7};K6={X1X8};K7={X1X9};K8={X1X10};K9={X1X11};K10={X1X12};K11={X1X13};K12={X1X14};K13={X1X2X15};K14={X1X2X16};K15={X1X2X17};K16={X1X2X18};K17={X1X2X19};K18={X1X2X20};K19={X1X2X21};K20={X1X2X22}3.2解最小径集的确定所谓径集,也称为通集,是指顶上事件必然不发生的基本事件的集合。最小径集是指不能导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的组合。根据相互对偶的基本性质,事故树的最小割集就是对偶树的最小径集。求解最小径集是利用它与最小割集的对偶性,首先做出与事故树对偶的成功树,然后,利用上述方法求成功树的最小割集,即事故树的最小径集。最小割集和最小径集的主要作用有:根据事故树做出其成功树,把事故树的“与”门用“或”门代替,“或”门用“与”门代替,基本事件发生用不发生代替,可得到与原事故树对偶的成功树,见图3。T′=A1′A1′+X1′=[A3′A4′A5′(A6′A7′)+X2′]+X1′=[X3′X4′X5′X6′……X21′X22′+X2′]+X1′式中:T′—顶上事件的补事件;Ai′—中间事件的补事件;Xi—基本事件的补事件。同理可求得最小径集是3条。3.3基本事件nj—结构重要度分析所谓结构重要度分析是从事故树结构上分析各个基本事件的重要度。即在假定各个基本事件概率相等的情况下,分析各基本事件的发生对顶上事件发生所产生的影响程度。结构重要度分析可采用两种方法:一种是求结构重要度系数,一种是利用最小割集或最小径集判断重要度。前者精确,但繁琐;后者是简单但不够精确。为简便起见,按所求最小径集来判断基本事件的结构重要度。有前面的割集求解过程中,可根据当最小割集中基本事件的个数相等时,在最小割集中重复出现的次数越多的基本事件的结构重要度就越大的原则可知:IФ(1)>IФ(2);IФ(2)>IФ(3)=IФ(4)=IФ(5)=IФ(6)=IФ(7)=IФ(8)=IФ(9)=IФ(10)=IФ(11)=IФ(12)=IФ(13)=IФ(14);IФ(15)=IФ(16)=IФ(17)=IФ(18)=IФ(19)=IФ(20)=IФ(21)=IФ(22)=IФ(19)=IФ(20)比较IФ(3)与IФ(15)可根据公式Iϕ(i)=1K∑j=1K1njΙϕ(i)=1Κ∑j=1Κ1nj式中:K—最小割集总数;nj——基本事件i位于Kj的基本事件数,j∈Kj。利用公式求解的IФ(3)=120×12=160ΙФ(3)=120×12=160;IФ(15)=120×13=160ΙФ(15)=120×13=160综上所述可知:IФ(1)>IФ(2)>IФ(3)=IФ(4)=IФ(5)=IФ(6)=IФ(7)=IФ(8)=Ф(9)=IФ(10)=IФ(11)=IФ(12)=IФ(13)=IФ(14)>IФ(15)=IФ(16)=IФ(17)=IФ(18)=IФ(19)=IФ(20)=IФ(21)=IФ(22)=IФ(19)=IФ(20)4爆破事故发生机制1)从事故树结构看出,导致爆破事故的基本原因有20条,这些因素相互组合都可导致事故的发生,因此系统的危险性必须引起足够的重视。2)从最小割集和最小径集的组数来看爆破事故最小割集是20组,最小径集是5组。因此,发生爆破事故的“可能途径”共有20条,预防途径5条,且事故树最小割集中包含的基本事件很少,最小径集所包含的基本事件却很多,所以爆破事故易发生而难以控制。3)从结构重要度来看X1的结构重要度是最大的,说明它在爆破事故中所占的比例最大,X2结构重要度次之,所以我们可知在露天矿开采过程中造成爆破事故的主要因素是管理不善造成的,爆破无警戒、警戒设置不当、警戒人员不负责任、防护不到位、无放炮信号和对爆破器材管理不严格。另外,如地质因素、气候现象是产生事故的自然因素,人为的改变其自然因素如(地质构造、天气状况)是不现实的。但是,严格执行规程的安全措施,加大日常的监察、勘察的力度,树立牢固的安全意识,强化管理,堵塞漏洞是搞好安全的首要任务,减少事故的发生是完全可以做到的。5加强爆破安全管理1)露天矿爆破作业必须严格遵守《爆破安全规程》和《民用爆炸物品安全管理条例