李仲勛，李紹泉，李青松

(1.畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

林華礦2093回采工作面消突評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建及其應(yīng)用

李仲勛1，李紹泉2，李青松2

(1.畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

為了更加有效地對(duì)林華礦2093回采工作面進(jìn)行消突評(píng)價(jià)，在選擇影響該工作面評(píng)價(jià)因素(地質(zhì)構(gòu)造因素、煤層瓦斯參數(shù)因素、煤體結(jié)構(gòu)特征因素和煤層瓦斯賦存條件因素)的基礎(chǔ)上，建立了突出煤層回采工作面消突評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)2093回采工作面進(jìn)行消突評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)準(zhǔn)確、可靠以及可以達(dá)到滿意的結(jié)果。

模糊綜合評(píng)價(jià)法；林華礦；回采工作面；消突評(píng)價(jià)

煤礦瓦斯是影響我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。隨著開采深度的增加，煤層瓦斯含量和瓦斯壓力也隨著增加。近年來(lái)，貴州煤礦的開采深度也隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展而逐漸加大。根據(jù)我國(guó)煤炭行業(yè)的相關(guān)規(guī)定，工作面在回采前必須對(duì)其進(jìn)行有效地安全評(píng)價(jià)，只有當(dāng)工作面瓦斯含量或瓦斯壓力達(dá)到規(guī)定值以下，方可對(duì)工作面進(jìn)行正常回采。因此，突出煤層采掘工作面在回采前進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是非常必要的，這對(duì)采掘工作面的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作面概況

2093綜采工作面是林華礦二采區(qū)9#煤層首采工作面，該面沿煤層走向長(zhǎng)850余米，沿煤層傾向長(zhǎng)160余米，該工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤法進(jìn)行回采。

2093綜采工作面煤層厚度為0.8～3.2m，煤層厚度變化大。經(jīng)煤炭科學(xué)總院重慶分院測(cè)定，9#煤層瓦斯含量為17.006 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為17.6 m3/min，且9#煤層為突出煤層[1]。

2093綜采工作面采取在上、下順槽相向施工順層長(zhǎng)鉆孔抽采煤層瓦斯以及向煤巷掘進(jìn)工作面前方掘進(jìn)條帶施工本煤層順層預(yù)抽瓦斯鉆孔消突措施。為了消除突出煤層回采工作面在回采期間出現(xiàn)瓦斯事故，在工作面回采前須對(duì)其進(jìn)行消突評(píng)價(jià)[2-3]。

2 2093回采工作面消突評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

根據(jù)林華礦井2093回采工作面的實(shí)際情況，首先選擇地質(zhì)構(gòu)造因素、煤層瓦斯參數(shù)因素、媒體結(jié)構(gòu)特征因素和煤層瓦斯賦存條件因素作為一級(jí)評(píng)判因素(第一層次結(jié)構(gòu))，見圖1。

為了對(duì)第一層結(jié)構(gòu)的指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，現(xiàn)將指標(biāo)體系的第一層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，建立消突評(píng)價(jià)第二層次的指標(biāo)體系(共十二個(gè)二級(jí)指標(biāo))，見圖2～5所示，后續(xù)的評(píng)價(jià)模型、計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)以及評(píng)價(jià)均以此結(jié)構(gòu)圖作為依據(jù)。

圖3 煤層瓦斯參數(shù)因素指標(biāo)體系分解

圖4 煤體結(jié)構(gòu)特征因素指標(biāo)體系分解

圖5 煤層瓦斯賦存條件因素指標(biāo)體系分解

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立

模糊綜合評(píng)價(jià)決策是在考慮多種因素影響下關(guān)于某種目的對(duì)某事物作出綜合的評(píng)價(jià)。Fuzzy綜合評(píng)價(jià)決策又稱之為模糊綜合決策或模糊多元決策。模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型可分為一級(jí)模型和多級(jí)模型[4-6]。由于需要評(píng)價(jià)的指標(biāo)較多，若采用一級(jí)綜合評(píng)價(jià)很難合理地定出權(quán)重分配，即難以真實(shí)地反映各因素在整個(gè)評(píng)價(jià)中的地位，故擬采用多級(jí)(二級(jí))綜合評(píng)價(jià)模型。

1) 評(píng)價(jià)對(duì)象因素集的劃分[7]。

設(shè)X ={x1,x2,x3,…,xn}為n種因素(或指標(biāo))構(gòu)成的集合，稱為因素集。將因素集X按某種屬性類型劃分成S個(gè)子集，記為X1、X2、X3…Xs。

設(shè)每個(gè)子集的因素為： Xi={xi1,xi2,xi3,…,xin,}( i=1,2,3,…,s )，則有式(1)。

(1)

2)對(duì)于每個(gè)子集Xi，按一級(jí)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

設(shè)Y={Y1,Y2,Y3,…,Ym}為m種評(píng)價(jià)構(gòu)成的集合，稱為評(píng)價(jià)集。Xi上的權(quán)重分配為A=(ai1,ai2,ai3,…,ain)，則有式(2)。

(2)

Xi的單因素模糊矩陣為Ri，于是第一級(jí)的綜合評(píng)價(jià)見式(3)。

(3)

3)構(gòu)造多級(jí)模型模糊矩陣[8]。

將每一個(gè)Xi看作一個(gè)元素，用Bi作為它的單因素評(píng)價(jià)，因此，可構(gòu)成多級(jí)模型的模糊矩陣，見式(4)。

(4)

它是{X1,X2,X3,…,Xs}的單因素模糊矩陣，每個(gè)Xi作為X的一部分，它反映了X的某類屬性，可以按它們的重要程度給出權(quán)重分配： A=(a1,a2,a3,…,as)。

于是多級(jí)(二級(jí))綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型見式(5)。

(5)

式中：“○”表示復(fù)合計(jì)算；A是X上的模糊子集，即各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重；B是Y上的模糊子集，即評(píng)價(jià)結(jié)果；R是X與Y之間模糊關(guān)系的模糊矩陣。

2.3 隸屬函數(shù)的確定

根據(jù)建立的指標(biāo)體系以及確定的指標(biāo)等級(jí)，同時(shí)考慮到各指標(biāo)與突出的相互影響，建立以下兩種類似于戎上、下型隸屬函數(shù)。

1)評(píng)價(jià)指標(biāo)與煤層的突出危險(xiǎn)性呈正相關(guān)關(guān)系隸屬函數(shù)見式(6)。

(6)

2)評(píng)價(jià)指標(biāo)與煤層的突出危險(xiǎn)性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系隸屬函數(shù)見式(7)。

(7)

式中： x為指標(biāo)值；c為指標(biāo)區(qū)間的臨界值。

通過隸屬函數(shù)得出各因素對(duì)應(yīng)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等級(jí)的評(píng)價(jià)值，從而確定模糊矩陣R，為多級(jí)綜合評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

2.4 模糊綜合評(píng)判集Y的確定

模糊綜合評(píng)判集表示人們對(duì)某一事物的評(píng)價(jià)種類。根據(jù)建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合評(píng)價(jià)集即為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等級(jí)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》[9]和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》[10]，將煤與瓦斯突出等級(jí)分為兩級(jí)。煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性分級(jí)集Y見式(8)。

(8)

式中：Y1,Y2分別代表“無(wú)突出危險(xiǎn)”和“突出危險(xiǎn)”。

2.5 消突評(píng)價(jià)

根據(jù)已建立的指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判對(duì)林華礦2093回采工作面進(jìn)行消突評(píng)價(jià)。根據(jù)林華礦井的實(shí)際情況，定性指標(biāo)的取值和定量指標(biāo)的實(shí)測(cè)值，詳見表1。

2.5.1 第一級(jí)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)四個(gè)影響因素集分別進(jìn)行第一級(jí)綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)建立的隸屬函數(shù)(式(6)和式(7))，求出四個(gè)影響因素集的單因素模糊矩陣，分別為R1、R2、R3、R4。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)專家打分確定的四大影響因素及其子集的權(quán)重分配如下(各因素的權(quán)重之和為1)。

權(quán)向量A=W=(w1，w2，w3，w4)=(0.448，0.382，0.096，0.074)；

權(quán)向量A1=W1=(w1，w2，w3)=(0.405，0.480，0.115)；

權(quán)向量A2=W2=(w1，w2，w3)=(0.648，0.230，0.122)；

權(quán)向量A3=W3=(w1，w2，w3)=(0.648，0.230，0.122)；

權(quán)向量A4=W4=(w1，w2，w3)=(0.096，0.620，0.284)。

根據(jù)公式Bi=Ai○Ri(“○”表示復(fù)合計(jì)算)，對(duì)四個(gè)影響因素子集進(jìn)行第一級(jí)綜合評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

2.5.2 第二級(jí)綜合評(píng)價(jià)

B=(0.448,0.382,0.096,0.074)

(9)

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，2093回采工作面不發(fā)生突出的可能性占54%，發(fā)生突出的可能性占46%。根據(jù)最大隸屬度原則，結(jié)論是該工作面為無(wú)突出危險(xiǎn)工作面。

3 消突評(píng)價(jià)效果分析

林華煤礦2093回采工作面采取上、下順槽相向施工順層長(zhǎng)鉆孔抽采煤層瓦斯以及向煤巷掘進(jìn)工作面前方掘進(jìn)條帶施工本煤層順層預(yù)抽瓦斯鉆孔消突措施后，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)該工作面進(jìn)行消突評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)準(zhǔn)確、可靠以及可以達(dá)到滿意的結(jié)果。

根據(jù)2093工作面回采過程中反饋的信息來(lái)看，該工作面未發(fā)生過動(dòng)力現(xiàn)象和煤與瓦斯突出，這證明了模糊綜合評(píng)價(jià)法的正確性和可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

模糊綜合評(píng)價(jià)法在林華煤礦2093回采工作面的消突評(píng)價(jià)結(jié)果表明：2093采煤工作面為無(wú)突出危險(xiǎn)工作面，這與采用殘余煤層瓦斯含量和殘余煤層瓦斯壓力對(duì)該工作面評(píng)價(jià)結(jié)果一致。該方法在評(píng)價(jià)煤層突出危險(xiǎn)性方面是切實(shí)可行的，同時(shí)也可為其他類似地質(zhì)情況的煤層突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作提供參考。

[1] 李青松.貴州林華礦業(yè)有限公司林華礦井 2093 工作面消突評(píng)價(jià)研究報(bào)告[R].貴州省礦山安全科學(xué)研究院，2009.

[2] 張景立.突出危險(xiǎn)采煤工作面消突試驗(yàn)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009(3):21-24.

[3] 馬丕梁.煤礦瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4] 肖位樞.模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：航空工業(yè)出版社，1992.

[5] 謝季堅(jiān)，劉承平.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2006.

[6] 楊綸標(biāo)，高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2006.

[7] 王蓮芳，許樹柏.層次分析法引論[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，1990.

[8] 李春睿，齊慶新，秦子晗.煤礦開采[J].煤礦工作面安全事故的模糊綜合評(píng)價(jià)方法，2009(3):13-15.

[9] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[10] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

Establishment and application of evaluation of sudden extinction index system of 2093 coal mining face in Lin Hua mine

LI Zhong-xun1，LI Shao-quan2，LI Qing-song2

(1.Bijie Vocational and Technical College，Bijie 551700，China;2.Guizhou Provincial Research Institute of Mine Safety Science，Guiyang 550025，China)

In order to more effectively to evaluate the 2093 coal mining face in Linhua mine，on the basis of impact assessment factors (geological structure and coal seam gas parameters，coal body structure characteristics and the conditions of coal seam gas occurrence factors)，establishing the coal mining face of evaluation of sudden extinction index system and using the fuzzy comprehensive evaluation method to evaluate the 2093 coal mining face.This method has been proved to be accurate，reliable and satisfied through field practice.

fuzzy comprehensive evaluation method；Lin Hua mine；coal mining face；evaluation of sudden extinction

2014-03-12

李仲勛(1981-)，四川宜賓人，碩士，講師，注冊(cè)安全工程師，主要從事礦山安全方面的教學(xué)與科研工作。E-mail:lizhongxun@163.com。

TD712

A

1004-4051(2015)01-0111-04