金屬礦山爆破事故樹的研究

金屬礦山爆破事故樹的研究

0復(fù)雜系統(tǒng)的評價(jià)方法安全系統(tǒng)是1960年后發(fā)展起來的一門新興科學(xué)。這是一項(xiàng)使用系統(tǒng)工程方法和原則的新科學(xué)。分析、評估和控制生產(chǎn)中的不安全因素，以實(shí)現(xiàn)預(yù)防和控制造成的事故，并開展系統(tǒng)安全活動。我國從20世紀(jì)80年代開始在有關(guān)企業(yè)和部門推廣應(yīng)用系統(tǒng)安全的理論,并對我國的安全事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。事故樹分析也稱故障樹分析(FaultTreeAnalysis簡稱FTA),是一種評價(jià)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和安全性的方法,在安全系統(tǒng)工程中有著較廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的沃爾特森(H.A.Watson)博士于1961年首先提出,是建立在概率和運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)上,并應(yīng)用于民兵導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的;接著該所的默恩斯(A.B.Mearns)等改進(jìn)了這個(gè)方法,對解決火箭偶發(fā)事故的預(yù)測問題做出了貢獻(xiàn);后來,美國波音飛機(jī)公司的哈斯?fàn)?Hassl)等人對這個(gè)方法又作了重大改進(jìn),并采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析和計(jì)算。70年代美國原子能委員會應(yīng)用FTA對商用核電站的災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià),發(fā)表了拉馬森報(bào)告(RasmussenReport),引起世界各國的關(guān)注。FTA是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法之一,它在對系統(tǒng)的各種危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識和評價(jià)基礎(chǔ)上,不僅能分析出事故的直接原因,而且能深入的揭示事故的潛在原因。它是按照事故的發(fā)展順序,分成階段,一步一步的進(jìn)行分析,每一步都從成功和失敗兩種后果考慮,所分析的情況用樹枝狀圖表示,故稱事故樹。它不僅可以定性的了解事件動態(tài)變化的過程,還可以定量的計(jì)算出各階段的概率,最終了解事故的各種狀態(tài)的發(fā)生概率。目前已有很多部門和企業(yè)正在進(jìn)行普及和推廣工作,并也取得了一大批成果,促進(jìn)了企業(yè)安全生產(chǎn)。1事故樹分析的總結(jié)1.1熟悉系統(tǒng)的范圍和影響因素1)確定要分析的系統(tǒng)。在分析的過程中,合理的處理好所要分析的系統(tǒng)與外界環(huán)境及其邊界條件,確定所要分析系統(tǒng)的范圍,明確影響系統(tǒng)安全的主要因素。2)熟悉系統(tǒng)。對于已確定的系統(tǒng)進(jìn)行深入的調(diào)查研究,收集系統(tǒng)有關(guān)的資料與數(shù)據(jù),包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能、工藝流程、運(yùn)行條件、事故類型、維修情況、環(huán)境因素等。3)調(diào)查系統(tǒng)發(fā)生的事故,收集調(diào)查所分析系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生過的事故和將來可能發(fā)生的事故,同時(shí)調(diào)查本單位與外單位、國內(nèi)與國外同類型的事故。1.2啟動事故樹的準(zhǔn)備1確定事故發(fā)生后的事件是指確定所要分析的對象事件,根據(jù)事故調(diào)查分析其損失大小和事故頻率選擇易于發(fā)生且后果嚴(yán)重的事故作為事故的頂上事件。2所有與上一事件有關(guān)的事件都被調(diào)查從人機(jī)、環(huán)境和信息等方面調(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(jìn)行影響性分析。3事故樹分析的主要內(nèi)容把事故樹頂事件與引起頂事件的原因事件,采用一些規(guī)定的符號,按照一定的邏輯關(guān)系繪制成反映因果關(guān)系的樹形圖。具體流程圖如下:4)事故樹定性分析主要是按事故樹的結(jié)構(gòu),求取事故樹的最小割集或最小徑集,以及基本事件的結(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。主要是根據(jù)引起事故幾個(gè)基本事件的發(fā)生概率,計(jì)算事故樹頂事件的概率,計(jì)算幾個(gè)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(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,以確定安全投資方向。6)事故樹分析的結(jié)果總結(jié)與應(yīng)用。及時(shí)對事故樹分析的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和應(yīng)用。2爆破工程的安全隨著我國民用爆破技術(shù)水平的不斷提高和國家基礎(chǔ)性建設(shè)的蓬勃興起,爆破被廣泛用于礦山開采、水電建設(shè)、地質(zhì)勘探、公路和鐵路建設(shè)、開發(fā)森林、疏浚航道、油井開采等各個(gè)方面。特別是在我國的露天金屬礦里,大部分為露天礦開采,爆破在礦石的回采、破碎、巖石的剝離過程中,它是主要的作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)手段,成為現(xiàn)代化大型露天金屬礦生產(chǎn)工藝中必不可少的一道工序。所以爆破作業(yè)的安全對整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性來說地位極其重要。爆破工程是利用炸藥爆炸釋放的能量來破壞介質(zhì),存在的危險(xiǎn)性和有害因素較多,(比如,在時(shí)間上比較集中空間上的相互干擾性大,再加上現(xiàn)場作業(yè)的種類較多,環(huán)境因素復(fù)雜等因素)爆破時(shí)炸藥爆炸的能量只有10%～20%用在破碎周圍介質(zhì)上,而大部分爆炸藥能量都以熱能、空氣沖擊波、振動波等形式消散在周圍介質(zhì)或空氣中。這部分能量不僅沒有用處,而且還會對附近的介質(zhì)、建(構(gòu))筑物、設(shè)備和人員的安全造成危害。所以說爆破作業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,屬于一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的高危行業(yè)。雖然我國爆破技術(shù)水平和爆破器材質(zhì)量有了很大的提高,但是由于從業(yè)人員流動性大、素質(zhì)較參差不齊等因素的影響,爆破作業(yè)仍時(shí)有發(fā)生,給國家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來重大損失。前車之鑒,記憶猶新,礦山爆破事故似乎一直重復(fù)著昨天的故事。根據(jù)國內(nèi)外礦山工傷事故的統(tǒng)計(jì),爆破事故在礦山傷亡事故中所占的比例很大,尤其是礦山重傷和死亡事故?，F(xiàn)對我國爆破事故類型和原因統(tǒng)計(jì)如下表1和表2。由上表可知:采用事故樹分析法對爆破事故進(jìn)行全面分析研究,找出各種引起該事故的“可能途徑”,對于全面分析和把握引起事故的各種致因,進(jìn)而搞好今后爆破安全具有十分重要的意義。3啟動事故樹根據(jù)事故樹的分析程序,查閱了大量的引起爆破事故的原因,建立金屬礦山爆破事故樹如圖2。3.1中毒樹的最小切分和最大直徑集3.1.1求出最小割集和最孔徑集1)最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性,每個(gè)最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能渠道,最小割集數(shù)目越多,說明系統(tǒng)越危險(xiǎn),求出最小割集可以掌握事故發(fā)生的各種可能,為事故調(diào)查和事故預(yù)防提供方便。2)最小徑集表示系統(tǒng)的安全性,一個(gè)最小徑集中的基本事件都不發(fā)生可使頂上事件不發(fā)生,事故樹中最小徑集越多,系統(tǒng)越安全。求出最小徑集,可以了解要使頂上事件不發(fā)生有幾種可能方案,并掌握系統(tǒng)的安全性,為控制事故提供依據(jù)。3.1.2布爾代數(shù)簡化法求解的事故樹最小割集就是能夠引起頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合(通常把滿足某條件或具有某種共同性質(zhì)的事物的全體稱為集合,屬于這個(gè)集合的每個(gè)事物叫元素)換句話說,如果割集中任一基本事件不發(fā)生,頂上事件就決不發(fā)生。最小割集的求法有行列法、布爾代數(shù)簡化法、結(jié)構(gòu)法、質(zhì)數(shù)代入法和矩陣法。本文運(yùn)用布爾代數(shù)簡化法求解如圖2所示的事故樹最小割集如下: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-事故樹中的頂上事件;Ai-事故樹中的中間事件;Xi-事故樹中的基本事件。有組合數(shù)學(xué)公式求的最小割集是5+5+2+3+5=20(條)這些最小割集是: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解最小徑集的確定所謂徑集,也稱為通集,是指頂上事件必然不發(fā)生的基本事件的集合。最小徑集是指不能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的組合。根據(jù)相互對偶的基本性質(zhì),事故樹的最小割集就是對偶樹的最小徑集。求解最小徑集是利用它與最小割集的對偶性,首先做出與事故樹對偶的成功樹,然后,利用上述方法求成功樹的最小割集,即事故樹的最小徑集。最小割集和最小徑集的主要作用有:根據(jù)事故樹做出其成功樹,把事故樹的“與”門用“或”門代替,“或”門用“與”門代替,基本事件發(fā)生用不發(fā)生代替,可得到與原事故樹對偶的成功樹,見圖3。T′=A1′A1′+X1′=[A3′A4′A5′(A6′A7′)+X2′]+X1′=[X3′X4′X5′X6′……X21′X22′+X2′]+X1′式中:T′—頂上事件的補(bǔ)事件;Ai′—中間事件的補(bǔ)事件;Xi—基本事件的補(bǔ)事件。同理可求得最小徑集是3條。3.3基本事件nj—結(jié)構(gòu)重要度分析所謂結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各個(gè)基本事件的重要度。即在假定各個(gè)基本事件概率相等的情況下,分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度分析可采用兩種方法:一種是求結(jié)構(gòu)重要度系數(shù),一種是利用最小割集或最小徑集判斷重要度。前者精確,但繁瑣;后者是簡單但不夠精確。為簡便起見,按所求最小徑集來判斷基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。有前面的割集求解過程中,可根據(jù)當(dāng)最小割集中基本事件的個(gè)數(shù)相等時(shí),在最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度就越大的原則可知: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)比較IФ(3)與IФ(15)可根據(jù)公式I?(i)=1K∑j=1K1njΙ?(i)=1Κ∑j=1Κ1nj式中:K—最小割集總數(shù);nj——基本事件i位于Kj的基本事件數(shù),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綜上所述可知: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爆破事故發(fā)生機(jī)制1)從事故樹結(jié)構(gòu)看出,導(dǎo)致爆破事故的基本原因有20條,這些因素相互組合都可導(dǎo)致事故的發(fā)生,因此系統(tǒng)的危險(xiǎn)性必須引起足夠的重視。2)從最小割集和最小徑集的組數(shù)來看爆破事故最小割集是20組,最小徑集是5組。因此,發(fā)生爆破事故的“可能途徑”共有20條,預(yù)防途徑5條,且事故樹最小割集中包含的基本事件很少,最小徑集所包含的基本事件卻很多,所以爆破事故易發(fā)生而難以控制。3)從結(jié)構(gòu)重要度來看X1的結(jié)構(gòu)重要度是最大的,說明它在爆破事故中所占的比例最大,X2結(jié)構(gòu)重要度次之,所以我們可知在露天礦開采過程中造成爆破事故的主要因素是管理不善造成的,爆破無警戒、警戒設(shè)置不當(dāng)、警戒人員不負(fù)責(zé)任、防護(hù)不到位、無放炮信號和對爆破器材管理不嚴(yán)格。另外,如地質(zhì)因素、氣候現(xiàn)象是產(chǎn)生事故的自然因素,人為的改變其自然因素如(地質(zhì)構(gòu)造、天氣狀況)是不現(xiàn)實(shí)的。但是,嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程的安全措施,加大日常的監(jiān)察、勘察的力度,樹立牢固的安全意識,強(qiáng)化管理,堵塞漏洞是搞好安全的首要任務(wù),減少事故的發(fā)生是完全可以做到的。5加強(qiáng)爆破安全管理1)露天礦爆破作業(yè)必須嚴(yán)格遵守《爆破安全規(guī)程》和《民用爆炸物品安全管理?xiàng)l例