煤矿顶板事故统计与致因相似性分析

郝鹏HAO Peng；李晓泉LI Xiao-quan；杨磊YANG Lei；姜菊菊JIANG Ju-ju；梁思婷LIANG Si-ting

（广西大学资源环境与材料学院，南宁530004）

0 引言

顶板事故是煤矿在进行采煤活动时最容易发生的事故，在地采煤矿中分布较广且类型多样[1]，严重威胁了井下采煤工人的人身安全。然而导致顶板事故发生的原因具有许多相似之处，因此，了解顶板事故发生的规律，分析导致顶板事故的相似原因，对预防顶板事故的发生有着积极的作用。

戴林超[2]、于建浩[3]等从时间、地域等角度对顶板事故进行了统计分析，得到顶板事故的发生具有时间性、地域性的特点。李海丽[4]、佟瑞鹏[5]等采用事故树与模糊数学相结合的方法对某一起顶板事故进行逐层分析，得到了导致顶板事故发生的主要原因。而相似安全系统分析法是对同类多起事故进行分析，探究同类事故系统的共性原因，目前该方法已用于对煤矿瓦斯事故和火灾爆炸事故的原因分析。本文先对2011-2020 年全国煤矿顶板事故进行了统计分析，然后对采掘工作面顶板事故进行原因分析，建立事故原因相似模型，找出导致顶板事故发生的相似特征，以预防顶板事故的发生。

1 顶板事故现状分析

1.1 顶板事故统计分析

煤矿事故按其性质可分为瓦斯事故、顶板事故、水害事故等八大类[6]。对2011-2020 年我国煤矿事故按事故类型进行统计，得到八类煤矿事故的事故起数、死亡人数的占比情况如图1 所示。

图1 各类型煤矿事故占比图

分析图1 可知，顶板事故起数与累计死亡人数最多，位于煤矿八类事故之首。十年间共发生顶板事故1820 起，占事故总起数的42.12%；死亡2296 人，占死亡总人数的30.37%，平均每起事故死亡1.26 人，表明顶板事故主要以一般事故居多；水灾事故与瓦斯事故的发生频率较低，但死亡人数较多易造成群死群伤，而顶板事故相反，虽然单次事故死亡率较低，但因其事故起数庞大，导致死亡人数随事故起数的增加而增加。

1.2 顶板事故与全国煤矿事故对比分析

将顶板事故的事故起数、死亡人数分别与全国煤矿事故进行对比分析，得到两者之间的关系，如图2 所示。

图2 顶板事故与全国煤矿事故对比统计图

由图2 可得，2011 年顶板事故的事故起数和死亡人数最多，分别为567 起、665 人。2011-2020 年间，顶板事故起数和死亡人数均大幅下降，事故起数由2011 年的567起减少到2020 年的40 起，下降了92.95%；死亡人数由665 人减少到了55 人，下降了91.73%。从2017 年开始，顶板事故起数和死亡人数均保持在100 以内。顶板事故整体呈现逐年下降的趋势，但是在全国煤矿事故中所占比例较大，形势依然严峻。从整体趋势来看，由于顶板事故起数与累计死亡人数为八类事故之首，因此顶板事故的事故起数和死亡人数在一定程度上影响了全国煤矿事故的变化，全国煤矿事故与顶板事故的趋势变化基本相同，控制顶板事故的发生是减少全国煤矿事故起数与死亡人数的关键。

2 顶板事故致因相似分析

分析导致顶板事故的相似原因，对于控制顶板事故的发生有着重要的作用。煤矿顶板事故主要发生在回采工作面和掘进工作面[1]，结合部分事故案例，采用事故树分析法分别对采掘进工作面顶板事故进行分析，找出导致顶板事故发生的基本事件，并结合相似安全系统学原理，构建该类事故原因的相似系统，辨识相似元，并计算系统的相似度，以探究和控制顶板事故发生的共性原因。

2.1 顶板事故的事故树分析

事故树是表述事故因果关系的有向逻辑树，通过对事故结果进行演绎推理，找出事故发生原因[7]。结合多起发生在采掘工作面的顶板事故调查报告，采用事故树分析法对两类顶板事故进行原因分析，分别以冒顶伤人、矸石冒落伤人为顶上事件，建立采掘工作面顶板事故的事故树。回采工作面与掘进工作面顶板事故的事故树如图3、图4 所示。

通过对图3、图4 分析得出回采工作面顶板事故有14个中间事件和25 个基本事件；掘进工作面顶板事故包括13个中间事件和24 个基本事件。采用EasyDraw 事故树计算软件对事故树的最小割集进行计算，得到回采工作面顶板事故的事故树有255 个最小割集，掘进工作面顶板事故的事故树有220 个最小割集，由于最小割集表示系统的危险性[8]，所以两类顶板事故系统安全程度较低，易发生顶板事故。

图3 回采工作面顶板事故的事故树

图4 掘进工作面顶板事故的事故树

2.2 顶板事故相似安全系统学分析

相似安全系统学分析法的核心本质是分析已发生事故的原因，找出相似事故发生的共性原因，预防类似事故再次发生。将2.1 中顶板事故树分析出的基本事件划分为人子系统、设备子系统、环境子系统、管理子系统，对两个事故系统进行比较并识别相似元，计算各系统的相似度。顶板事故致因相似系统如图5 所示。

采用元素数目上的相似程度对子系统的相似度进行计算[9]。令回采工作面顶板事故系统记为A 集合，掘进工作面事故系统记为B 集合，各子系统的相似度计算公式如下

式中：qi为子系统i 的相似度；ki为A 系统中子系统i中元素个数；li为B 系统中子系统i 中元素个数；mi为图5中A、B 两系统中子系统i 相似元素个数；i 取1、2、3、4，分别对应人、设备、环境、管理子系统。

图5 顶板事故相似系统

考虑到各子系统的相似度对系统的相似度影响程度不同，引入各子系统的权重系数Wi，采用两两比较法对4个子系统进行两两比较打分，并计算各子系统的权重依次为Wi=（0.32，0.26，0.13，0.29），并计算A、B 两系统的相似度：

式中：Q（A，B）为A，B 系统间的相似度。

根据公式（1）、（2）计算采掘工作面顶板事故系统中各子系统及系统的相似度，计算结果如表1 所示。

表1 子系统及系统相似度

从计算结果来看，采掘工作面顶板事故系统的相似度为0.59，表明两起顶板事故在人-设备-环境-管理四方面均具有共同的致因因素。其中，人子系统的相似度最高，为0.75，两类顶板事故中人的不安全行为如不规范作业、支护工操作失误、未进行敲帮问顶、员工安全意识薄弱等是造成顶板事故的直接原因；管理子系统与环境子系统的相似度均为0.57，是导致顶板事故的间接原因，两起顶板事故都存在对员工缺乏安全教育和培训、监督不到位等管理问题，以及存在断层构造、围岩松软等复杂地质环境；由于不同作业区域所使用的支护方式不同，物子系统的相似度较低，为0.44，两起事故均存在支架空顶、支护参数未达标等问题。以上为顶板事故致因的相似特征。

3 结语

①近十年来煤矿顶板事故的事故起数与死亡人数均呈现出整体下降的趋势，虽然顶板事故的平均单次事故死亡率较低，但其发生率最高，累计死亡人数也最多，且顶板事故在一定程度上影响着全国煤矿事故的趋势走向。②采用事故树分析法对两起顶板事故进行原因分析，得出回采工作面顶板事故有25 个基本事件、255 个最小割集，掘进工作面顶板事故有24 个基本事件、220 个最小割集，由于最小割集数目较多，顶板事故极易发生。③运用相似安全系统学原理对事故树的基本事件进行对比分析，求得系统相似度为0.59，人子系统的相似度较高，其中人的不安全行为是导致顶板事故发生的直接原因，管理不当和地质环境是间接原因。加强人员安全培训，提高安全意识和管理水平，遏制顶板事故的相似致因因素的出现，可以有效预防类似事故的发生。