导航：安全管理网>> 安全论文>> 建筑安全论文>>正文

基于三角模糊数的大倾角综放面倒架事故树分析

文档作者：田春阳，刘永飞，郑立永，张晓青，赵飞张国玉文档来源：北京天地华泰采矿工程技术有限公司		点击数：	更新时间： 2021年09月17日
下载地址：点击这里	文件大小： 332.54 KB 共5页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共5页]

本文件共5页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：332.54 KB 共5页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：基于模糊事故树的溃坝风险评估与管理

上一篇：自支撑拱顶厚度公式的外压安全系数分析

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

第24卷第4期
2O15年4月
中 国 矿 业
CHINA M INING M AGAZINE
Vo1．24，NO．4
Apr． 2Ol5
基于三角模糊数的大倾角综放面倒架事故树分析
田春阳，刘永飞，郑立永，张晓青，赵 飞，张国玉
(北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京100013)
摘要：针对大倾角综放面倒架事故，结合综放支架失稳机理及影响因素，建立了大倾角综放面倒架
事故树模型。在基本事件概率不清楚的情况下，应用模糊数学理论确定基本事件的模糊概率，并利用中值
法求出其重要度，进而提出了基于模糊事故树分析的大倾角综放面倒架事故的定量分析方法。以某矿
2313综放面为例，建立了该综放面倒架事故树模型，计算出基本事件的模糊概率，最小割集。通过重要度
分析，确定了该综放面倒架事故的主要影响因素，并提出了针对性的支架防倒技术措施，保障了煤层平均
倾角36。、最大倾角5r大倾角综放面液压支架的稳定性。
关键词：大倾角综放面；倒架；事故树；三角模糊数；定量分析
中图分类号：TD77 文献标识码：A 文章编号：1004—405l(2015)04—0108—05
Fault-tree analysis of supports dum ping accident in deep inclined fully
mechanized top—coal based on triangle fuzzy number
TIAN Chun—yang， LIU Yong—fei， ZHENG Li—yong，ZHANG Xiao—qing， ZHAO Fei，ZHANG Guo yu
(Beijing Taidihuatai Mining Engineering &amp;amp; Technology Co．，Ltd．，Beijing 100013，China)
Abstract：Aiming at solving the supports dum ping accidents in deep inclined fully mechanized caving
face，the fault—tree model is established，combining the mechanism and influence factors of hydraulic supports
instability．Under the circumstance that the probability of basic events is not clear，the article determines the
fuzzy probability through the fuzzy theory，works out their im portance by using the median method，and then
puts forward the quantitative analysis m ethod of supports dumping accidents in deep inclined fully
mechanized caving face which is based on fuzzy fault—tree analysis．To set the 2313 fully mechanized caving
face of one coal mine as an example，the paper builds the fault—tree model，calculates the fuzzy probability of
basic events and the minimum cut sets．Through the importance degree analysis the article determines the
main influence factors of supports dumping accidents in this fully mechanized caving face and then raises
some well—targeted technical measures tO protect the supports from dum ping which ensure the stability of
the supports in deep inclined fully mechanized caving face with the average inclination of 36。，maximum
inclination of 51。．
Key words： deep inclined fully mechanized caving face； supports dumping；fault—tree； triangle fuzzy
num ber；quantitative analysis
随着煤炭资源的不断开采，我国倾角小、埋深浅
等开采条件较好的煤层日益减少，而大倾角煤层的
煤炭储量约占我国煤炭总储量的1／5，其中西部
5o 以上的矿井均赋存有大倾角煤层，所以，大倾角
收稿日期：2O14 04—12
基金项目：2014年天地科技青年基金项目资助(编号：KJ一2014
TDH T 03)
作者简介： 田春阳(1986一)男，河南周151人，初级工程师，主要从事
采场支架围岩系统稳定性研究。
煤层开采成为煤炭行业可持续发展的必然趋势，如
兖州矿区、邢台矿区、开滦矿区、淮南和淮北矿区
等 。
对于大倾角综放面，保障综放设备稳定性是工
作面安全高效生产的重要前提，尤其是占整套设备
总重80 9／6、成本6O 以上的液压支架 ]。我国大倾
角煤层的煤炭储量约占总储量的20 ，产量却不到
全国煤炭产量的10 ，其主要原因是大倾角工作面
支架一围岩事故频发，尤其是液压支架倒架事故，导
致重大安全隐患甚至引发人员伤亡，处理事故时工
第4期 田春阳，等：基于三角模糊数的大倾角综放面倒架事故树分析 lO9
人劳动强度高、工时材料消耗大，严重影响工作面的
正常生产。
在大倾角综放支架稳定性研究方面，何富连、林
忠明等 通过建立综放支架稳定性力学模型，对综
放支架抗倾覆、滑移、扭斜稳定性进行了分析，得出
了大倾角综放面支架倾倒的影响因素。同时，许多
技术人员通过现场实践，总结出很多支架防倒技术
措施，积累了丰富的工程经验。但是，对于不同的综
放工作面，倒架事故因所处地质生产条件不同，各种
影响因素的重要度存在较大的差异，即缺少一种行
之有效的方法判断不同地质生产条件下大倾角综放
面支架倾倒的主要原因，进而难以制定针对性的防
治措施。本文开创性地将事故树分析法和模糊数学
理论引进到大倾角综放面倒架事故分析中，并进行
了定量分析，得出各种影响因素的重要度，提出了针
对性的技术措施，为支架防倒研究提供了更加科学
的技术途径。
1 事故树分析
事故树分析(Fault Analysis Tree)简称FAT，
是安全系统工程中非常重要的分析方法。它是在生
产系统中，通过对可能造成系统事故的各种因素进
行分析，根据各种因素之间的因果及逻辑关系绘制
出事故树，通过定性和定量分析，确定系统事故原因
的各种组合形式及其发生概率，从而找出事故发生
的主要原因，进而制定针对性的防治措施，以达到有
效预防事故发生的目的 。
传统事故树分析法要求基本事件的概率是精确
的，在大倾角综放面倒架事故系统分析中，一部分基
本事件(如周期来压影响、采高超限、顶梁不接顶等)
可以根据统计资料来确定，但是有些基本事件(如煤
层倾角大、底板松软、构造影响等)的概念是不确定、
模糊的，无法采用数学模型或公式对其进行计算，所
以这些基本事件的概率很难确定，这是传统事故树
分析法的弱点。为了解决概率理论难以解决的问
题，在传统事故树分析中引入了模糊数学的理论，把
这些基本事件的概率看作是模糊数，就可以尽可能
准确地描述基本事件发生的可能性。常用的模糊数
有三角模糊数、正态模糊数、梯形模糊数等，鉴于三
角形模糊数能解决模糊性、意义明确等优点，本文选
用三角模糊数表示各个基本事件的模糊概率_9_1o_。
2 三角模糊数表示及运算
2．1 三角模糊数
三角模糊数的隶属函数可由线性函数表示¨11]，
见式(1)。
fl (m ∈Ez， ] — Z) ～ ⋯
A( )一1 l(U—二 m)z～∈ [ ⋯， ] (1)
【0 [￡，“]
式中； 为五 ( )的核； 一l为五 ( )的盲度。此三
角模糊数记为式(2)，其图示见图1。
一(z， ， ) (2)
式中：1％m％u，／～2A( )一1。
图1 三角模糊数
2．2 三角模糊数的运算
根据模糊数运算法则_1 ，可以推导出以下广义
代数运算公式，假设有三角模糊数m 和m z分别由
(z ， ， )和(z ，m ， )表示，则三角模糊数的运
算法见式(3)～(6)。
①“o”运算。
l ④ m～2： (zl，m1， 1)①(z2， 2，U2)
一(Z1+ Z2，ml+ m2， 1+ U2) (3)
② “o”运算。
ml(三) 2一(Zl，m1， 1)(三)(Z2，m2，“2)
一(Z1一Z2，ml— 2， 1一U2) (4)
③ “ ”运算。
：一(z ，m ， ) (￡。，m ，∽。)
一(Z1 Z2，m1m2， 1 2) (5)
C m～ 一(Cl ，Cm ，Cu ) (C为常数) (6)
2．3 事故树门的模糊处理
事故树一般主要由两个逻辑门进行连接，即与
门和或门，它们表示了上下两层事件的逻辑关系。
下面传统事故树的方法中，“与”门和“或”门的算子。
传统事故树的逻辑“与”门算子见式(7)。
qAn。一q ×q2×q。×⋯×q 一1Iq (7)
i— l
传统事故树的逻辑“或”门算子见式(8)。
qon 一1一(1一q1)(1一q2)(1一q3)⋯ (1一q )
一1一Ⅱ (1一q ) (8)
i一1
式中：q 为第i个基本事件发生的精确概率(i一1，
2，3，⋯ ⋯ 。 )
l1O 中国矿业 第24卷
根据式(7)、式(8)可得出模糊“与”门和模糊
“或”门的算子公式，分别见式(9)、式(10)。
⋯ = Ⅱ 一(z⋯ ，／7／ 。， ⋯ )
i一1
== = (Ⅱz ，Ⅱ／7／ ，Ⅱ“ ) (9)
i= l i一1 i= l
q～ 一1一(1一Ⅱ )一( ， ，“0R)
i一】
一(1一(1一Ⅱli)，1一(1一Ⅱ 矾)，1一(1一Ⅱ％))
= 1 I= l — l
(10)
3 大倾角综放面倒架事故树分析
3．1 大倾角综放面倒架事故树的建立
某矿2313综放面煤体强度低，节理裂隙发育，
煤层平均倾角36。，最大倾角达51。，平均厚度
6．5m，采用伪倾斜长壁后退式综合放顶煤采煤法，
割煤高度2．3m，放煤高度4．2m。工作面液压支架
选用ZF5600／16．5／26型放顶煤支架，在初始试采
期间出现了严重冒顶和倒架事故，5O 的支架出现
严重倾倒下滑，大量冒落煤岩体侵入到支架中，导致
工作面停产，不但增加了维护费用和工程量，而且严
重威胁矿工安全，影响矿井安全高效生产。
基于大倾角综放面支架失稳机理及关键影响因
素，结合某矿2313大倾角综放面地质生产条件，对
该工作面试验性开采发生倒架事故及其发生原因进
行统计分析，如表1所示，倒架事故的直接原因是支
架发生倾倒而没有采取科学合理的处理措施，支架
失稳与复杂的地质条件、围岩特性、支架工作状态、
采矿工艺密切相关。通过对工作面倒架事故的现场
调研发现，支架液压系统故障严重，应及时检修，并
加强管理；支架没有采取防倒防滑措施，也是支架失
稳的主要因素。根据以上对倒架事故影响因素的分
析，建立倒架事故树，如图2所示。
3．2 倒架事故树的分析
3．2．1 基本事件的模糊概率
对于有精确数率统计的模糊概率，其中包括
．27】、z2、Lz8、z10、-z】7、Iz22、 23、 24、,2725、 26、z27，将基本
表1 事件类型统计分析
符号 事件类型 符号 事件类型 符号 事件类型 符号 事件类型
丁 倒架事故 D 液压系统泄漏 X1。 周期来压影响 Xzo 底座偏窄
A 支架倾倒 X1 发现不及时 Xll 采高超限 X21 构件强度不足
A 2 处理不当 Xz 无防倒装置 Xl z 放煤方式不当 Xzz 立柱液压泄漏
B 复杂地质条件 xs 煤层倾角大 x1。 端面距过大 Xz s 千斤顶液压泄漏
围岩失稳 X4 顶煤破碎 X1 4 支架间隙大 Xz4 安全阀泄漏
上；s 支护失效 x- 底板松软 Xl s 顶梁不接顶 Xz s 操纵阀泄漏
B 采煤工艺不当 Xs 构造影响 X16 检修不及时 X2 6 单向阀泄漏
C1 支护不当 x7 围岩破碎 x 机械构件破损 Xz7 管路及连接件泄漏
c2 支架故障 X8 支护不及时 X s 自重过大
C3 架型不适 x。 工作面布置不当 Xl。 重心偏高
图2 大倾角综放面倒架事故树
第4期 田春阳，等：基于三角模糊数的大倾角综放面倒架事故树分析
事件的统计精确概率值作为三角模糊数q的核m
值，由专家根据实际系统情况和长期积累的经验，给
出基本事件发生概率的一个上下波动范围，其中下
限值为z，上限值为 ，最终转化成三角模糊数q一
(Z，m，“)的形式。
对于无精确概率统计的模糊概率，其中包括
Z 3 、Z 4 、Z 5、 6 、Z 7 、Z 9 、X ll、 12、x 1 3、x 14 、371 5、 16、 18 、
。、z。。、z。 ，由3人以上的专家组对其基本事件进
行评定，给出基本事件发生概率的估计值，取其均值
作为m值。假设估计概率服从正态分布的统计规
律，其标准差为 ，利用3 表征法[1 “ 将其概率转
化为三角模糊数q一(m一3a，m，m+3a)的形式。按
照上述方法，确定事故树基本事件的模糊概率，如表
2所示。
3．2．2 事故树的最小割集
采用布尔代数法求事故树的最小割集，结构函
数见式(11)。
T— A A2一(B1+B2+B3+B )(x +X2)二==[(X3+ X +X5+ X6)+ (X +X8+X 。+ X1 +X1 )
+ X16(X1 7+ X22+ X23+ X24+ X25+ X26+ X27)+ (Xl8+ X1 9+ X2o
+Xz )+ (X。+X 。+X + X z)](X +X。) (11)
表2 基本事件模糊概率处理数据
符号 模糊概率 符号 模糊概率 符号 模糊概率
X1 (0．080，0．084，0．090> Xl0 (0．270，0．275，0．280> X 19 <0．034，0．037，0．040>
X2 <0．310，0．3l5，0．320> X11 (0．192，0．195，0．198> X2o (0．076，0．080，0．084>
X 3 <0．230，0．236，0．242) X12 (0．070，0．075，0．080> X21 (0．081，0．087，0．093>
X4 (0．070，0．075，0．080> X1 3 <0．040，0．045，0．050) X22 <0．110，0．118，0．125)
Xs <0．090，0．095，0．100> X14 (0．084。0．088，0．092> X23 (0．150，0．153，0．1 60>
X 6 (0．068，0．074，0．080) X15 (0．060，0．065，0．700> X24 <0．060，0．064，0．068>
X 7 (0．090，0．092，0．094> X1 6 <0．240，0．245，0．250> X25 (0．145，0．148，0．160>
X8 <0．130，0．134，0．140> Xl 7 (0．042，0．048，0．050> X2 6 (0．13O，0．134，0．140>
X9 (0．050，0．055，0．600) Xl8 (0．053，0．056，0．059) X2 7 <0．030，0．035，0．040>
由式(11)可以计算出，事故树最小割集有48
个，即其中任何一个割集都能导致倒架事故的发生，
因此，该系统存在较大的危险性。
3．2．3 基本事件的重要度分析
基本事件的模糊重要度Ziz"反映了对顶上事件
的影响程度，基本事件的模糊重要度越大，表明其对
系统的影响越大。本文采用模糊重要度中值
法l】 。 ，求出基本事件的模糊重要度，并对其排序，
令Tiz"为基本事件x 的模糊重要度，则有
T27z'~ T19z < Tm < 丁 < T9 < T < 4。 <
丁l5 < T6z"< T4 一T12~"< T2oz'~ Tlz < T2lz"< T14z"<
T7 < 丁5 ，< T22z'~ T8 一T26z"< T25 < 3 < Tllz'< ~
< T16z'~ Tloz'~ T2。 。
3．3 事故树结果分析
1)从图2事故树的逻辑门构成分析，逻辑“或”
门占83．3 ，而“与”门仅占16．7 ，表明事故发生
的可能性比较大。并且，事故树最小割集48组，而
最小径集只有3组，所以该事故较容易发生而且难
以控制。
2)利用布尔代数法，通过式(9)、式(10)计算得
出，顶上事件T的发生概率为0．739，证明综放面极
易发生倒架事故。由式(11)可知，事件x。的概率
大小对顶上事件T影响最大，所以，预防倒架事故
最直接有效的方法是对支架安装防倒防滑装置。
3)通过计算，支架故障c 、架型不适c。的模糊
概率分别为0．205、0．260，两者之和为0．465，表明
液压支架选型及故障检测是保障大倾角综放面支架
系统稳定性的必要前提。
4)通过对基本事件的重要度分析进行排序，T。
>T >T16,"> ⋯⋯> 丁 ，模糊重要度越大，表明
其对系统的影响越大。
4 大倾角综放面倒架事故树分析的应用
根据某矿2313大倾角综放面地质生产条件，结
合综放支架失稳机理及影响因素，建立了大倾角综
放面倒架事故树模型，应用模糊数学理论确定基本
事件的模糊概率，对事故树进行定量分析，确定了该
综放面存在严重的倒架事故安全隐患，并得出事故
的主要诱因，按重要度从大到小排列依次为：支架没
有安装防倒防滑措施，周期来压影响，支架型号不适
且故障检修不及时，工作面倾角大等。然后，针对这
中国矿业 第24卷
些诱因确定了支架防倒的关键技术措施。
1)液压支架重新选型，并安装防倒防滑装置。
通过支架稳定性分析及对比选型，确定2313大倾角
综放面选用自重较轻、重心高度较低、底座宽度较大
的zF42OO／16／26型低位放顶煤液压支架。对支架
进行改装，安装了防倒防滑装置：支架底座后部的方
板平台内部安装套筒，在套筒内安装能左右旋转的
耳轴。每两架支架用一个~lOOmm 的千斤顶两端
固定在支架增加的耳轴上，实现支架角度的调整；工
作面中部支架在底座安设耳轴，每隔3～5架加设一
组拉运输机的防滑油缸(直径140ram，行程700mm)，
利用防滑油缸及时调整运输机，防止运输机下滑带动
支架下滑；每5～10架设一压杆油缸，油缸上端安装
在支架顶梁上，下端伸长可压在推移连杆上，使其紧
贴底板不上翘，防止与推杆相连的运输机侧翻。
2)应用YHX型液压泄漏检测仪，加强支架故
障检修。针对无法准确定位支架液压系统泄漏故障
发生位置的难题，项目组应用支架并运用现代无损
检测及微电子技术设计了具有放大高压泄漏产生的
噪声信号并滤除液压系统低频噪声信号的输出数字
信号的集成电路系统，研发了适用于煤矿井下综采
液压支架液压系统泄漏故障现场检测的隔爆兼本安
型矿用泄漏检测仪，对工作面每架支架进行检测，大
大降低了支架故障率，提高了支架系统的稳定性。
3)在采煤工艺方面：① 工作面倾斜方向下端头
设计成圆弧形；② 在周期来压期间，加快推进速度，
加强支架系统的管理；③ 将工作面调伪斜，减小工作
面真倾角；④ 割煤过程中，防止采高超限，支架及时
支护，防止顶板冒漏；⑤ 及时调整支架的几何位态，
保证其处于合理值范围。
根据上述分析结果，在2313大倾角综放面进行
支架防倒工业性试验，现场实践效果如下：液压支架
稳定性良好，没有出现影响生产的支架倾倒下滑事
故，支架立柱倾向偏倒角向上最大为8。，向下最大
为2。。顶板控制良好，冒漏现象明显减少，端面煤
岩体冒高和片深分别降低75 和5O ，实现了煤层
平均倾角36。、最大倾角51。大倾角综放面的安全高
效开采。
5 结论
1)将模糊数学理论应用到事故树分析中，确定基
本事件的模糊概率，实现了事故树的定量分析，为煤
矿事故的预测和预防，提供了更加科学的技术途径。
2)通过对某矿2313大倾角综放面倒架事故树
进行定量分析，确定了倒架事故的主要诱因，并提出
了针对性的技术措施：液压支架重新选型，并安装防
倒防滑装置；应用YHX型液压泄漏检测仪，加强支
架故障检修；工作面倾斜方向下端头设计成圆弧形；
将工作面调伪斜，减小工作面真倾角等。
3)通过在2313大倾角综放面实施支架防倒技
术措施，液压支架稳定性良好，没有出现影响生产的
支架倾倒下滑事故，端面煤岩体冒高和片深分别降
低75 9／6和50 ，保障了煤层平均倾角36。、最大倾角
51。大倾角综放面液压支架的稳定性。
■_
参考文献
李俊斌．急(倾)斜煤层柔性掩护支架采煤法[M]．徐州：中国
矿业大学出版社，2011．
侯殿军．大倾角煤层开采方法概论[M]．北京：煤炭工业出版
社，2009．
何富连，钱鸣高，刘长友．高产高效工作面支架一围岩保障系统
[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1997．
何富连，杨伯达，田春阳，等．大倾角综放面支架稳定性及其控
制技术研究EJ]．中国矿业，2012，21(6)：97 100．
林忠明，陈忠辉，谢俊文，等．大倾角综放开采液压支架稳定性
分析与控制措施EJ]．煤炭学报，2004，29(3)：264—268．
章之燕．大倾角综放液压支架稳定性动态分析和防倒防滑措
施[J]．煤炭学报，2007，32(7)：705 709．
吕品，王洪德．安全系统工程[M]．徐州：中国矿业大学出版
社，20l2．
邓琼，李明愉．安全系统管理[M]．西安：西北工业大学出版
社，2012．
胡宝清．模糊理论基础[M]．武汉：武汉大学出版社，2O1O．
Singer D ．Fault tree analysis based on fuzzy logic[J]．
Computers&amp;amp; Chemical Engineering，1990，14(3)：259—266．
李安贵，张志宏，孟艳，等．模糊数学及其应用[M]．北京：冶金
工业出版社，2005．
杨纶标，高英仪，凌卫新．模糊数学原理及应用[M]．广州：华
南理工大学出版社，2011．
贾智伟，景国勋，张强，等．基于三角模糊数的矿井火灾事故树
分析[J]．安全与环境学报，2004(6)：62—65．
孔告化，何铭，胡国雷．概率统计与随机过程[M]．北京：人民
邮电出版社，2012．
李青，陆廷金，李宁萍，等．三角模糊数的模糊故障树分析及其
应用[J]．中国矿业大学学报，2000，29(1)：56 59．
Mitauo Y．The median for a L-R fuzzy number[J]．Micro
electron．Rella，1995，35(2)：269—271．

网友评论 more

建筑安全论文最新内容

03-05