事故树在露天采石场边坡滑坡事故分析中的应用

摘要：事故树分析法是安全系统工程中的重要分析方法之一。采用事故树分析方法，在综合分析导致露天采石场边坡滑坡事故因素的基础上，找出露天采石场边坡滑坡事故的主要原因，建立边坡滑坡事故树图，并进行定性分析，提出相应的安全措施，为露天采石场预防边坡滑坡事故提供依据。

关键词：露天采石场；事故树分析；边坡滑坡事故；最小割集；最小径集；安全措施

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2389-04

Application of Fta in Analysis of Accident of Slope Landslide in Opencast Quarry

FENG Li-hua

(Geological Engineering and Geomatics, Changan University, Xi’an 710018, China)

Abstract：Fault tree analysis (FTA) is one of the important analysis methods in the safety system engineering .The method is used for the analysis of slope landslide in opencast quarry.Based on the universal analysis,the main fact- ors which cause the slope landslide are discovered.With the discovery,a slope landslide FTA is constructed.By analysing the fault tree qualitatively,some key routes of accident prevention are found,which provide feasible referable criteria for opencast quarry to prevent the slope landslide.

Key words：opencast quarry；fault tree analysis；the accident of slope landslide；minimum cut set；minimum caliber assemblage；safety measures

我国露天采石场数量众多，普遍存在着开采技术落后、安全管理水平低、安全投入严重不足、缺乏有效的安全监督管理等各方面问题，导致出现各式各样的事故。而边坡滑坡往往导致重大工程事故，不仅影响到采石场的生产，也有可能对周边环境造成影响，使采石场及人民的生命财产安全蒙受巨大的经济损失。人为因素、自然因素等各种因素的综合，都有可能导致边坡滑坡事故的发生。因此，系统的研究导致边坡滑坡事故发生的原因，并且制定可行的安全措施，是非常有必要的。

事故树分析法是安全系统工程中进行系统安全分析的重要方法之一，它应用数理逻辑方法，从一个可能的事故开始，一层一层逐步寻找引起事故发生的触发事件、直接原因和间接原因，并分析种种事故原因之间的相互逻辑关系，是一种演绎分析法[1]。对露天采石场运用事故树分析法，对可能产生的危险因素，及可能产生的后果进行辨识与分析，判断其发生事故的可能性及严重程度，在定性分析的基础上，提出合理可行的安全措施，并反馈到实际设计、生产当中，为避免边坡滑坡事故提供可靠的理论与技术指导，以确保露天采石场的安全生产。

1事故树简介与编制步骤

1.1事故树简介

事故树就是从结果到原因描述事件发生的有向逻辑树，对这种树进行演绎分析，寻求防止结果发生的对策，这种方法就称为事故树分析法（Fault Tree Analysis，简称FTA）。事故树分析能对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入的揭示出事故的潜在原因。用它描述事故的因果关系直观、明了、思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。现在Matlab等计算工具都有用于FTA定量分析的子程序（模块），其功能非常强大，而且使用方便。事故树分析已成为系统分析中应用最广泛的方法之一[1]。

1.2事故树编制步骤

1）确定顶上事件。顶上事件就是所要分析的事故，即不希望发生的事件，也可以是已经发生过的事故。

2）调查或分析造成顶上事件的各种原因。为了编制好事故树，必须将造成顶上事件的所有直接原因事件找出来，尽可能不要遗漏。直接原因事件可以是机械故障、人的因素或环境因素等。

3）绘制事故树。在确定顶上事件并找出造成顶上事件的各种原因之后，就可以用相应事件的符号和适当的逻辑门把它们从上到下分层连接起来，层层向下，直到最基本的原因事件，这样就构成一个事故树。

4）认真审定事故树。事故树是逻辑模型事件的表达，各个事件之间的逻辑关系应该相当严密、合理。否则在计算过程中将会出现许多意想不到的问题。因此，对事故树的绘制要十分慎重。

2露天采石场边坡滑坡事故树的建立

2.1影响露天采石场边坡稳定性因素

露天矿边坡滑坡事故在露天矿安全生产中名列首位，边坡一旦受到破坏，往往会带来灾难性的后果。而引起露天矿边坡滑坡的因素大致可以分为两类，即自然因素与人为因素。而这两种因素又常常叠加，导致边坡滑坡事故[2]。

1）自然因素

①边坡所处范围的地质构造，如层里、裂隙、断层、褶曲等。

②岩层岩性、岩体结构、岩层的风化程度。

③水文地质条件、地震、降水等。

2）人为因素

①坡体开挖形态，如阶段坡面角、分层开挖高度的确定等。

②坡体内部或下部开挖扰动。

③坡体周围的工程爆破震动[3]。

④坡顶堆截，如将固体废弃物堆放在坡顶，使坡体下滑力增加，可能导致边坡滑坡。

2.2露天采石场边坡滑坡事故树的建立

选择“边坡滑坡事故”作为顶上事件，由以上分析可知，导致边坡滑坡事故的最直接的原因是自然因素与人为因素。依据影响自然因素与人为因素的具体原因，与事故树的编制步骤，建立采石场边坡滑坡事故树图（见图1）。

3边坡滑坡事故树的分析与评价

3.1最小割集的求解

由事故树可知，造成促使边坡滑坡事故的基本事件有18个，分别用X1，X2。。。。。。X18表示。这些基本事件即为事故隐患。如果事故树中的全部基本事件都发生，则顶上事件必然发生。但是，大多数情况下并不是一定要所有基本事件都发生，而是只要某些基本事件一起发生就可以导致顶上事件的发生。这些由于同时发生就能导致顶上事件发生的基本事件集合称为割集。而最小割集是指能够引起顶上事件发生的最低数量的基本事件的集合。它指明了哪些基本事件同时发生，就可以引起顶上事件发生的事故模式。

应用布尔代数法，求得上述事故树共有52组最小割集。整理结果列于表1中。

表1最小割集

图1露天采石场边坡滑坡事故树图

3.2最小径集的求解

如果事故树中的全部基本事件都不发生，则顶上事件一定也不会发生。但是，如果事故树中某些基本事件不同时发生，则也可以使得顶上事件不发生。这些不同时发生时，可以使顶上事件不发生的基本事件集合称为径集。而最小径集是指能够使得顶上事件不发生的最低数量的基本事件的集合。它指明了哪些基本事件不同时发生，就可以使顶上事件不发生的安全模式。

应用布尔代数法，求得上述事故树共有3组最小径集。整理结果列于下表中（见表2）。

表2最小径集表

最小径集

{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X12，X13，X14}

{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14}{X15，X16，X17，X18}

3.3结构重要度分析

结构重要度是从事故树结构上分析各个基本事件的重要程度。即在不考虑各基本事件发生概率的情况下，分析各基本事件对顶上事件发生所产生的影响程度。基本事件的结构重要度愈大，它对顶上事件的影响就愈大，反之亦然。

事故树最小割集中各基本事件的结构重要度可用下式进行计算：

Iφ(i)= nj(j∈kj)

式中k为最小割集总数；Kj为第j个最小割集；ni为kj第个最小割集的基本事件数。

用上述公式可以计算出18个基本事件的结构重要度系数，各基本事件结构重要度近似值如表3。

表3基本事件结构重要度近似值

所以18个基本事件的结构重要度排序如下：

Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)=Iφ(18)>Iφ(7)>Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)=Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)>Iφ(8)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)

3.4事故树分析结果

1）由上述事故树可知，或门个数多而与门个数少。根据或门的定义，只要有任一一个输入事件发生就有输出。而与门表示只有全部输入事件同时发生才能有输出。所以，从上述事故树与门和或门的数量来看，该系统的危险性还是比较大的。

2）通过对上述事故树最小割集与最小径集的求解，得出52组最小割集，3组最小径集。割集的数目远大于径集的数目。进一步观察可以看出，每个最小割集都只是由2到3个基本事件组成，这更加大了顶上事件发生的可能性。3个最小径集中，前两组的基本事件太多，作为预防边坡滑坡事故的措施有些难度，不易实现。而第三组最小径集虽然只由4个基本事件组成，但这4个基本事件都是自然因素，人的掌控能力有限。由以上分析可知，能够导致边坡滑坡事故发生的途径有很多种，而且每种途径发生的可能性还很大。预防边坡滑坡事故的途径只有3种，并且每种途径的实现有一定难度。

3）通过对各个基本事件的结构重要度分析，可以知道各基本事件对顶上事件的影响程度。其中基本事件X15，X16，X17，X18的结构重要度系数相同并且最大，其次是基本事件X7，这5个基本事件对顶上事件影响最大。前4个基本事件都是自然因素，这说明边坡本身的稳定性是非常重要的。在开采过程中，若遇到软弱岩层要做好防护措施；尽量避免岩体结构面倾向坡外的矿区；开采前务必做好矿区地质勘查，掌握断层、褶曲等地质构造的分布；遇有阴雨天和风化程度高的岩层，一定要多加防备。由于是自然因素，人的掌控能力有限，所以必须在平时做好安全管理工作，时刻把安全放在第一位。基本事件X7是爆破方案审核不严格，没有发现设计中存在的问题，所以爆破方案是否过关对边坡稳定性的影响很大。若爆破方案不过关，可能直接导致爆破响动过大，导致边坡结构失稳，造成滑坡事故。其他的基本事件对顶上事件的影响相较于基本事件X15，X16，X17，X18，X7较小，但这些原因事件种类繁多，涉及多方面，因此必须抓好矿区日常的安全管理工作，加强对施工人员的安全培训与教育。

3.5预防边坡滑坡事故安全对策措施

发生在工矿区的滑坡，可摧毁矿山设施，伤亡职工，毁坏厂房，使矿山停工停产，常常造成重大损失。因此，根据事故树的分析结果，制定安全对策措施，提高作业安全性能，预防边坡滑坡事故的发生。

1）由于自然因素对边坡稳定性的影响很大，所以采石场必须严格按照《金属非金属露天矿山安全规程》进行合理的规划和设计，坚持正确的由上到下的开采顺序，禁止一面坡式开采方式，严禁“掏采”，实现“自上而下，分台阶开采”。

2）由结构重要度分析结果可知，爆破方案是一个至关重要的因素。因此，爆破方案必须聘请有资质的单位进行编制，没有爆破工程技术人员的采石场必须聘请取得中级以上安全作业证的爆破工程技术人员进行现场指导。

3）对有潜在滑坡危险的边坡，采石场应设立专门的观测点，由专人对边坡的变化进行定期观测，用观测数据来指导边坡安全管理工作。

4）加强采石场施工人员的培训。采石场的施工人员大多文化素质偏低，安全意识比较薄弱，掌握的安全知识与安全技能比较少，因此加强对采石场施工人员的培训与教育很重要。

5）由于导致边坡滑坡事故的原因事件很多，所以必须加强采石场安全文化建设。采石场应设立正规的办公场所，树立明显的安全标识，张贴像样的安全操作规程和安全管理制度。营造一个良好的安全文化氛围。

4结束语

1）运用事故树分析法，围绕露天采石场边坡滑坡事故做层层深入的分析，在清晰的事故树图形下，得到了系统内各个基本事件的内在联系，并知道了各个基本事件与边坡滑坡事故之间的逻辑关系，找出了露天采石场的薄弱环节。

2）对露天采石场边坡滑坡事故进行事故树分析，使得对于整个采石场又有了一个更加深入的了解，弄清楚了各种潜在事故隐患对边坡滑坡事故影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统的安全性。

3）经过事故树分析，从得出的结论中可以制定相应的安全对策措施，使矿区的安全管理工作能有条不紊、抓重点、防一般、有所侧重地进行。

参考文献：

[1]徐志胜,吴超.安全系统工程[M].北京：机械工业出版社,2007.

[2]邱平,张喜中.露天采石场边坡稳定因素浅析[J].中国安全科学学报,2007,16(7):30-34.

[3]卢文川.露天矿山爆破安全分析评价及对策讨论[J].矿业快报,2006,22（10):43-46.

[4]李智毅,杨裕云.工程地质学概论[M].武汉：中国地质大学出版社,1999.