基于事故樹對(duì)炸藥壓裝工藝爆炸事故的成因分析

趙 丹，何中其,胡毅亭

(南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210094)

炸藥壓裝工藝是常用的炸藥裝藥方法之一，不僅在軍用而且在民用爆破器材的制備中都有廣泛使用，如石油射孔彈、震源彈的擴(kuò)爆裝藥、平爐射孔彈、工程爆破用的擴(kuò)爆藥柱等[1]。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和以往事故案例分析發(fā)現(xiàn)，炸藥壓裝工藝的爆炸事故率較高，因此對(duì)炸藥壓裝工藝爆炸事故成因進(jìn)行研究并提出相應(yīng)的解決措施非常必要。

目前針對(duì)炸藥壓裝工藝爆炸事故的原因分析主要集中在對(duì)以往事故案例的剖析上。如劉桂濤等[2]通過對(duì)兩個(gè)工廠發(fā)生的炸藥壓裝工藝爆炸事故的分析，得出了導(dǎo)致事故的直接原因，并提出了相應(yīng)的安全技術(shù)措施；黃文斌等[3]運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)高能炸藥分步壓裝工藝進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。但是，尚未有將事故樹分析法運(yùn)用于炸藥壓裝工藝爆炸事故的原因分析。因此，本文運(yùn)用事故樹分析法對(duì)炸藥壓裝工藝發(fā)生爆炸事故的原因進(jìn)行了分析，構(gòu)建了炸藥壓裝工藝爆炸事故樹，通過求取事故樹的最小割集和最小徑集以及各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，對(duì)影響炸藥壓裝工藝安全的主要因素進(jìn)行了分析和總結(jié)，并有針對(duì)性地提出了安全技術(shù)控制措施。

1 炸藥壓裝工藝概述

炸藥壓裝工藝是指在壓力機(jī)上，通過沖頭施加一定強(qiáng)度的壓力，將散粒炸藥在模具或彈腔中壓制成具有一定形狀、密度和強(qiáng)度的藥件或裝藥的方法。按照裝入炸藥的方法不同，可分為直接壓裝法和藥柱分裝法。

直接壓裝法是將散粒炸藥直接壓入彈腔，一般適用于彈壁較厚的穿甲彈和其他小口徑彈，其工藝流程見圖1。

圖1 直接壓裝法工藝流程圖Fig.1 Flow chart of the direct pressing process

藥柱分裝法是先將散粒炸藥在專用模具中壓制成藥柱后，再用黏合劑將藥柱固定于藥室中，其工藝流程見圖2。

圖2 藥柱分裝法工藝流程圖Fig.2 Flow chart of the indirect pressing process

由于炸藥壓裝過程是機(jī)械擠壓過程，因此除了要求炸藥有較低的機(jī)械感度外，還要有較好的成型性[4]。

2 炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的建立

事故樹分析法(Fault Tree Analysis,FTA)是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。該方法由美國貝爾電話研究所于1961年為研究民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性問題時(shí)提出，是一種描述導(dǎo)致災(zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的分析方法[5]。事故樹分析法能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)與評(píng)價(jià)，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因，具有簡明、形象化的特點(diǎn)[6]。針對(duì)炸藥壓裝工藝，本文先確定頂上事件為爆炸事故，再結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況和以往事故案例的分析結(jié)果，構(gòu)建了炸藥壓裝工藝爆炸事故樹，見圖3。圖3中各符號(hào)所代表的基本事件詳見表1[7-9]。

圖3 炸藥壓裝工藝爆炸事故樹Fig.3 Fault tree of explosion accidents in explosive pressing process

表1 炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的符號(hào)及其代表的事件Table 1 Symbols of fault tree of explosion accidents in explosive pressing process and their representative events

3 炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的分析

3.1 事故樹定性分析

事故樹定性分析主要是根據(jù)事故樹的結(jié)構(gòu),分析各基本事件，其目的是求取事故樹的最小割集和最小徑集。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的最小割集較多，共有34個(gè)，而最小徑集只有9個(gè)，因此對(duì)該事故樹采用最小徑集進(jìn)行分析。首先將該事故樹轉(zhuǎn)化為成功樹，再運(yùn)用布爾代數(shù)法求出最小徑集[10]。成功樹頂上事件T′ 的結(jié)構(gòu)函數(shù)如下:

由上述成功樹頂上事件T′的結(jié)構(gòu)函數(shù)，可得出炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的最小徑集如下：

Q1={X1,X2,X3};

Q2={X1,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11};

Q3={X1,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X19,X20,X21,X22,X23,X24};

Q4={X2,X3,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X18};

Q5={X2,X3,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X25,X26};

Q6={X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X18};

Q7={X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X25,X26};

Q8={X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X18,X19,X20,X21,X22,X23,X24};

Q9={X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25,X26}

最小割集的定義表明，每一個(gè)最小割集都表示頂上事件發(fā)生的一種可能，事故樹中有幾個(gè)最小割集，頂上事件發(fā)生就有幾種可能，從這個(gè)意義上講，最小割集表示了系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，最小割集越多,說明系統(tǒng)的危險(xiǎn)性越大。最小徑集的定義表明，一個(gè)最小徑集中所包含的基本事件都不發(fā)生，就可防止頂上事件發(fā)生，因此每一個(gè)最小徑集都是保證事故樹頂上事件不發(fā)生的條件，是采取預(yù)防措施防止發(fā)生事故的一種途徑，從這個(gè)意義上來說，最小徑集表示了系統(tǒng)的安全性。從上述分析可知，炸藥壓裝工藝爆炸事故樹的最小割集有34個(gè)，最小徑集有9個(gè)，且每個(gè)最小徑集中包含的基本事件均較多。由此說明，該工藝安全程度較低，容易導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生[11-16]。

3.2 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度是指不考慮基本事件自身的發(fā)生概率，或者說假定各基本事件的發(fā)生概率相等，僅從結(jié)構(gòu)上分析各個(gè)基本事件對(duì)頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度?；臼录慕Y(jié)構(gòu)重要度越大，表示該基本事件對(duì)頂上事件的影響程度越大?；臼录Y(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算公式如下：

式中:Iφ(i)為基本事件Xi的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);Kj為包含基本事件Xi的所有最小割集；nj為包含基本事件Xi的最小割集中的基本事件個(gè)數(shù)[17-19]。

經(jīng)計(jì)算，可得炸藥壓裝工藝爆炸事故樹34個(gè)最小割集如下：

X1X12,X1X13,X1X14,X1X15,X1X16,X1X17,X1X18X25,X1X18X26,X2X5,X2X6,X2X7,X2X8,X2X9,X2X10,X2X11,X2X4X19,X2X4X20,X2X4X21,X2X4X22,X2X4X23,X2X4X24,X3X5,X3X6,X3X7,X3X8,X3X9,X3X10,X3X11,X3X4X19,X3X4X20,X3X4X21,X3X4X22,X3X4X23,X3X4X24

根據(jù)基本事件結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算公式，可計(jì)算得到各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)如下：

Iφ(1)=3.5，Iφ(2)=Iφ(3)=5，Iφ(4)=3，Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)=1，Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)=Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)=Iφ(18)=Iφ(19)=Iφ(20)=Iφ(21)=Iφ(22)=Iφ(23)=Iφ(24)=0.5，Iφ(25)=Iφ(26)=0.25

各基本事件結(jié)構(gòu)重要度的排序?yàn)?/p>

Iφ(2)=Iφ(3)>Iφ(1)>Iφ(4)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)>Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)=Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)=Iφ(18)=Iφ(19)=Iφ(20)=Iφ(21)=Iφ(22)=Iφ(23)=Iφ(24)>Iφ(25)=Iφ(26)

由上述計(jì)算結(jié)果可以看出：基本事件X2、X3、X1、X4即“防爆門故障”、“操作人員違章未關(guān)防爆門”、“車間內(nèi)有浮藥”、“設(shè)備啟動(dòng)前未檢查”的結(jié)構(gòu)重要度較大，說明這4個(gè)基本事件對(duì)頂上事件發(fā)生的影響較大。因此，從本質(zhì)安全的角度出發(fā)，在制定有針對(duì)性的安全技術(shù)控制措施時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這4個(gè)基本事件，但其他方面也不容忽視。

4 安全技術(shù)控制措施

綜上分析可知，要想防止炸藥壓裝工藝爆炸事故的發(fā)生，應(yīng)從壓制過程和其他過程兩個(gè)方面著手，控制各基本事件的發(fā)生，特別是要控制X2、X3、X1、X4等結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)較大的基本事件的發(fā)生，以達(dá)到防止該事故發(fā)生的目的。對(duì)此，本文提出以下安全技術(shù)控制措施與建議：

(1) 壓藥、退模時(shí)須關(guān)好防爆門，禁止工作人員站在防爆門中心；在防爆門未關(guān)的情況下嚴(yán)禁開機(jī)；若防爆門發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)停止操作并檢修。

(2) 隨時(shí)清擦模具、設(shè)備浮藥，并清除散落在車間內(nèi)的藥粉，保持車間的干凈整潔。

(3) 加強(qiáng)安全監(jiān)管，禁止在車間內(nèi)吸煙、使用鐵制器具；作業(yè)人員操作時(shí)要輕拿輕放，嚴(yán)禁拖拉、碰撞、摩擦、敲打等操作行為，并嚴(yán)格執(zhí)行動(dòng)火規(guī)章制度。

(4) 在操作之前須先檢查油壓機(jī)、模具及其操作系統(tǒng)是否完好，并進(jìn)行空車運(yùn)行；同時(shí)檢查設(shè)備工作狀態(tài)及模沖配合情況，確認(rèn)安全后才可進(jìn)行操作。

(5) 定期檢查防靜電設(shè)施及其附件；作業(yè)人員工作時(shí)要穿好防靜電服和防靜電鞋。

(6) 壓藥模具的設(shè)計(jì)、制造、裝配應(yīng)合理到位，保證模沖間隙合適、模具的光潔度高；發(fā)現(xiàn)模具有劃痕、毛刺等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)更換，并保證壓藥和退模安全。

(7) 物料在投入使用前須仔細(xì)檢驗(yàn)與篩選，避免物料中混入堅(jiān)硬雜質(zhì)，導(dǎo)致物料感度增加；稱量物料前須認(rèn)真檢查并校對(duì)天平，藥杯與藥勺要干凈無損，保證稱量準(zhǔn)確。

(8) 加強(qiáng)對(duì)操作人員的安全培訓(xùn)，提高其安全意識(shí)，并要求其操作時(shí)嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，嚴(yán)禁出現(xiàn)人工敲打退模等情況。

5 結(jié) 論

本文運(yùn)用事故樹分析法對(duì)炸藥壓裝工藝爆炸事故的成因進(jìn)行了分析，建立了炸藥壓裝工藝爆炸事故樹，并求取其最小割集和最小徑集以及各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，得出了導(dǎo)致炸藥壓藥工藝爆炸事故的主要因素，并提出了有針對(duì)性的安全技術(shù)控制措施與建議。由于目前對(duì)炸藥壓裝工藝爆炸事故的基本事件發(fā)生概率的研究還很匱乏，所以本文只對(duì)事故樹進(jìn)行了定性分析，若能獲得可靠的事故樹基本事件的發(fā)生概率，經(jīng)過定量分析，將可得到更為精確的評(píng)價(jià)結(jié)果，這對(duì)預(yù)防頂上事故的發(fā)生并達(dá)到本質(zhì)安全化生產(chǎn)有著重要的意義。

通訊作者：何中其(1978—)，男，博士，講師，主要從事安全技術(shù)與安全工程方面的研究。E-mail： hzq555@163.com