郝鵬HAO Peng；李曉泉LI Xiao-quan；楊磊YANG Lei；姜菊菊J(rèn)IANG Ju-ju；梁思婷LIANG Si-ting

（廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，南寧530004）

0 引言

頂板事故是煤礦在進(jìn)行采煤活動(dòng)時(shí)最容易發(fā)生的事故，在地采煤礦中分布較廣且類型多樣[1]，嚴(yán)重威脅了井下采煤工人的人身安全。然而導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的原因具有許多相似之處，因此，了解頂板事故發(fā)生的規(guī)律，分析導(dǎo)致頂板事故的相似原因，對(duì)預(yù)防頂板事故的發(fā)生有著積極的作用。

戴林超[2]、于建浩[3]等從時(shí)間、地域等角度對(duì)頂板事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到頂板事故的發(fā)生具有時(shí)間性、地域性的特點(diǎn)。李海麗[4]、佟瑞鵬[5]等采用事故樹與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)某一起頂板事故進(jìn)行逐層分析，得到了導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的主要原因。而相似安全系統(tǒng)分析法是對(duì)同類多起事故進(jìn)行分析，探究同類事故系統(tǒng)的共性原因，目前該方法已用于對(duì)煤礦瓦斯事故和火災(zāi)爆炸事故的原因分析。本文先對(duì)2011-2020 年全國(guó)煤礦頂板事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，然后對(duì)采掘工作面頂板事故進(jìn)行原因分析，建立事故原因相似模型，找出導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的相似特征，以預(yù)防頂板事故的發(fā)生。

1 頂板事故現(xiàn)狀分析

1.1 頂板事故統(tǒng)計(jì)分析

煤礦事故按其性質(zhì)可分為瓦斯事故、頂板事故、水害事故等八大類[6]。對(duì)2011-2020 年我國(guó)煤礦事故按事故類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到八類煤礦事故的事故起數(shù)、死亡人數(shù)的占比情況如圖1 所示。

圖1 各類型煤礦事故占比圖

分析圖1 可知，頂板事故起數(shù)與累計(jì)死亡人數(shù)最多，位于煤礦八類事故之首。十年間共發(fā)生頂板事故1820 起，占事故總起數(shù)的42.12%；死亡2296 人，占死亡總?cè)藬?shù)的30.37%，平均每起事故死亡1.26 人，表明頂板事故主要以一般事故居多；水災(zāi)事故與瓦斯事故的發(fā)生頻率較低，但死亡人數(shù)較多易造成群死群傷，而頂板事故相反，雖然單次事故死亡率較低，但因其事故起數(shù)龐大，導(dǎo)致死亡人數(shù)隨事故起數(shù)的增加而增加。

1.2 頂板事故與全國(guó)煤礦事故對(duì)比分析

將頂板事故的事故起數(shù)、死亡人數(shù)分別與全國(guó)煤礦事故進(jìn)行對(duì)比分析，得到兩者之間的關(guān)系，如圖2 所示。

圖2 頂板事故與全國(guó)煤礦事故對(duì)比統(tǒng)計(jì)圖

由圖2 可得，2011 年頂板事故的事故起數(shù)和死亡人數(shù)最多，分別為567 起、665 人。2011-2020 年間，頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)均大幅下降，事故起數(shù)由2011 年的567起減少到2020 年的40 起，下降了92.95%；死亡人數(shù)由665 人減少到了55 人，下降了91.73%。從2017 年開始，頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)均保持在100 以內(nèi)。頂板事故整體呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，但是在全國(guó)煤礦事故中所占比例較大，形勢(shì)依然嚴(yán)峻。從整體趨勢(shì)來看，由于頂板事故起數(shù)與累計(jì)死亡人數(shù)為八類事故之首，因此頂板事故的事故起數(shù)和死亡人數(shù)在一定程度上影響了全國(guó)煤礦事故的變化，全國(guó)煤礦事故與頂板事故的趨勢(shì)變化基本相同，控制頂板事故的發(fā)生是減少全國(guó)煤礦事故起數(shù)與死亡人數(shù)的關(guān)鍵。

2 頂板事故致因相似分析

分析導(dǎo)致頂板事故的相似原因，對(duì)于控制頂板事故的發(fā)生有著重要的作用。煤礦頂板事故主要發(fā)生在回采工作面和掘進(jìn)工作面[1]，結(jié)合部分事故案例，采用事故樹分析法分別對(duì)采掘進(jìn)工作面頂板事故進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的基本事件，并結(jié)合相似安全系統(tǒng)學(xué)原理，構(gòu)建該類事故原因的相似系統(tǒng)，辨識(shí)相似元，并計(jì)算系統(tǒng)的相似度，以探究和控制頂板事故發(fā)生的共性原因。

2.1 頂板事故的事故樹分析

事故樹是表述事故因果關(guān)系的有向邏輯樹，通過對(duì)事故結(jié)果進(jìn)行演繹推理，找出事故發(fā)生原因[7]。結(jié)合多起發(fā)生在采掘工作面的頂板事故調(diào)查報(bào)告，采用事故樹分析法對(duì)兩類頂板事故進(jìn)行原因分析，分別以冒頂傷人、矸石冒落傷人為頂上事件，建立采掘工作面頂板事故的事故樹?；夭晒ぷ髅媾c掘進(jìn)工作面頂板事故的事故樹如圖3、圖4 所示。

通過對(duì)圖3、圖4 分析得出回采工作面頂板事故有14個(gè)中間事件和25 個(gè)基本事件；掘進(jìn)工作面頂板事故包括13個(gè)中間事件和24 個(gè)基本事件。采用EasyDraw 事故樹計(jì)算軟件對(duì)事故樹的最小割集進(jìn)行計(jì)算，得到回采工作面頂板事故的事故樹有255 個(gè)最小割集，掘進(jìn)工作面頂板事故的事故樹有220 個(gè)最小割集，由于最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性[8]，所以兩類頂板事故系統(tǒng)安全程度較低，易發(fā)生頂板事故。

圖3 回采工作面頂板事故的事故樹

圖4 掘進(jìn)工作面頂板事故的事故樹

2.2 頂板事故相似安全系統(tǒng)學(xué)分析

相似安全系統(tǒng)學(xué)分析法的核心本質(zhì)是分析已發(fā)生事故的原因，找出相似事故發(fā)生的共性原因，預(yù)防類似事故再次發(fā)生。將2.1 中頂板事故樹分析出的基本事件劃分為人子系統(tǒng)、設(shè)備子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)，對(duì)兩個(gè)事故系統(tǒng)進(jìn)行比較并識(shí)別相似元，計(jì)算各系統(tǒng)的相似度。頂板事故致因相似系統(tǒng)如圖5 所示。

采用元素?cái)?shù)目上的相似程度對(duì)子系統(tǒng)的相似度進(jìn)行計(jì)算[9]。令回采工作面頂板事故系統(tǒng)記為A 集合，掘進(jìn)工作面事故系統(tǒng)記為B 集合，各子系統(tǒng)的相似度計(jì)算公式如下

式中：qi為子系統(tǒng)i 的相似度；ki為A 系統(tǒng)中子系統(tǒng)i中元素個(gè)數(shù)；li為B 系統(tǒng)中子系統(tǒng)i 中元素個(gè)數(shù)；mi為圖5中A、B 兩系統(tǒng)中子系統(tǒng)i 相似元素個(gè)數(shù)；i 取1、2、3、4，分別對(duì)應(yīng)人、設(shè)備、環(huán)境、管理子系統(tǒng)。

圖5 頂板事故相似系統(tǒng)

考慮到各子系統(tǒng)的相似度對(duì)系統(tǒng)的相似度影響程度不同，引入各子系統(tǒng)的權(quán)重系數(shù)Wi，采用兩兩比較法對(duì)4個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行兩兩比較打分，并計(jì)算各子系統(tǒng)的權(quán)重依次為Wi=（0.32，0.26，0.13，0.29），并計(jì)算A、B 兩系統(tǒng)的相似度：

式中：Q（A，B）為A，B 系統(tǒng)間的相似度。

根據(jù)公式（1）、（2）計(jì)算采掘工作面頂板事故系統(tǒng)中各子系統(tǒng)及系統(tǒng)的相似度，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 子系統(tǒng)及系統(tǒng)相似度

從計(jì)算結(jié)果來看，采掘工作面頂板事故系統(tǒng)的相似度為0.59，表明兩起頂板事故在人-設(shè)備-環(huán)境-管理四方面均具有共同的致因因素。其中，人子系統(tǒng)的相似度最高，為0.75，兩類頂板事故中人的不安全行為如不規(guī)范作業(yè)、支護(hù)工操作失誤、未進(jìn)行敲幫問頂、員工安全意識(shí)薄弱等是造成頂板事故的直接原因；管理子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)的相似度均為0.57，是導(dǎo)致頂板事故的間接原因，兩起頂板事故都存在對(duì)員工缺乏安全教育和培訓(xùn)、監(jiān)督不到位等管理問題，以及存在斷層構(gòu)造、圍巖松軟等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境；由于不同作業(yè)區(qū)域所使用的支護(hù)方式不同，物子系統(tǒng)的相似度較低，為0.44，兩起事故均存在支架空頂、支護(hù)參數(shù)未達(dá)標(biāo)等問題。以上為頂板事故致因的相似特征。

3 結(jié)語

①近十年來煤礦頂板事故的事故起數(shù)與死亡人數(shù)均呈現(xiàn)出整體下降的趨勢(shì)，雖然頂板事故的平均單次事故死亡率較低，但其發(fā)生率最高，累計(jì)死亡人數(shù)也最多，且頂板事故在一定程度上影響著全國(guó)煤礦事故的趨勢(shì)走向。②采用事故樹分析法對(duì)兩起頂板事故進(jìn)行原因分析，得出回采工作面頂板事故有25 個(gè)基本事件、255 個(gè)最小割集，掘進(jìn)工作面頂板事故有24 個(gè)基本事件、220 個(gè)最小割集，由于最小割集數(shù)目較多，頂板事故極易發(fā)生。③運(yùn)用相似安全系統(tǒng)學(xué)原理對(duì)事故樹的基本事件進(jìn)行對(duì)比分析，求得系統(tǒng)相似度為0.59，人子系統(tǒng)的相似度較高，其中人的不安全行為是導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的直接原因，管理不當(dāng)和地質(zhì)環(huán)境是間接原因。加強(qiáng)人員安全培訓(xùn)，提高安全意識(shí)和管理水平，遏制頂板事故的相似致因因素的出現(xiàn)，可以有效預(yù)防類似事故的發(fā)生。