李鳳琴，田坤云

(河南工程學(xué)院 安全工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

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基于模糊綜合評(píng)價(jià)的瓦斯突出危險(xiǎn)性分析

李鳳琴，田坤云

(河南工程學(xué)院 安全工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

摘要：針對(duì)煤礦瓦斯突出的問(wèn)題，依據(jù)煤與瓦斯突出的相關(guān)理論及其影響因素,應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立了突出危險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)影響煤與瓦斯突出的各個(gè)因素綜合分析并對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行多級(jí)評(píng)價(jià)，最終得出礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的定量評(píng)價(jià)結(jié)果.以唐山馬家溝煤礦為例,詳細(xì)分析了各個(gè)指標(biāo)，構(gòu)造了判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重，建立了評(píng)判集進(jìn)行評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確全面地反映了綜合情況,為煤礦瓦斯事故危險(xiǎn)源安全現(xiàn)狀的綜合評(píng)價(jià)提供了合理途徑.

關(guān)鍵詞：煤礦安全；模糊綜合評(píng)價(jià)；瓦斯突出；危險(xiǎn)性

1模糊隸屬函數(shù)及運(yùn)算算子

論域U上的一個(gè)模糊子集A，任意x∈U,給定一個(gè)由U到閉區(qū)間[0,1]的映射UA[1-2]，即

圖1　隸屬函數(shù)Fig.1　The membership function

其中，UA(x)稱為模糊子集A的隸屬函數(shù)，見(jiàn)圖1,而uA(xi)稱為元素xi對(duì)A的隸屬度，記為A(xi).

2構(gòu)造判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重

2.1構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣表示針對(duì)上一層次某個(gè)因素而言，本層次與之有關(guān)的各因素之間的相對(duì)重要性[3].構(gòu)造判斷矩陣之前需要確定各因素之間的相對(duì)重要性，對(duì)存在精確測(cè)量尺度的因素可以直接用物理測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)不存在精確測(cè)量尺度的因素通常采用1~9標(biāo)度法來(lái)衡量它們之間的重要性[4]，具體見(jiàn)表1.

表1　兩兩比較矩陣標(biāo)度表

通過(guò)比較得到的判斷矩陣有以下特點(diǎn)：

bij>0，bij=1,bji=1/bij(i,j=1,2,…,n)，

即B是一個(gè)n階正互反矩陣.可以證明，一個(gè)n階判斷矩陣只需比較n(n-1)/2次即可.

2.2計(jì)算相對(duì)權(quán)重值

計(jì)算權(quán)重的方法有很多，最常用的是方根法，具體步驟如下[5]：

(1)計(jì)算判斷矩陣每行的幾何平均值

(2)將mi規(guī)范化(歸一化)，得到

Wi(i=1,2，…,n)即為所求的權(quán)重.

3礦井煤與瓦斯突出模糊綜合分析與評(píng)價(jià)

3.1礦井評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

唐山馬家溝礦業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱馬家溝礦)第一次煤與瓦斯突出是1964年9月9日在七水平西翼二石門揭9-2煤層發(fā)生的.后來(lái)，隨著生產(chǎn)區(qū)域的延伸，在8,9-1,11,12-1號(hào)煤層都發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出，盡管之后沒(méi)有再發(fā)生過(guò)，但該開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的煤層還是必須按照煤與瓦斯突出煤層進(jìn)行開(kāi)采，所以對(duì)正在開(kāi)采的九、十開(kāi)采水平的9-2號(hào)煤層必須進(jìn)行瓦斯突出危險(xiǎn)性分析，以確定煤層瓦斯突出的危險(xiǎn)程度.

根據(jù)馬家溝煤礦9-2號(hào)的煤層特性和影響煤與瓦斯突出的因素，構(gòu)建煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，依據(jù)九開(kāi)采水平的實(shí)際情況選取突出臨界值作為評(píng)價(jià)煤層突出危險(xiǎn)性的理論依據(jù)，見(jiàn)圖2.

圖2　煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2　The coal and gas outburst risk evaluation index system

該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為3個(gè)層次，為了達(dá)到評(píng)價(jià)、預(yù)防和救援的目的，將影響馬家溝煤礦9-2號(hào)煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性的各因素分為物理特性、賦存特性和開(kāi)采特性3種，每種因素構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng).

3.2構(gòu)造判斷矩陣計(jì)算相對(duì)權(quán)重

根據(jù)圖2煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)造了4個(gè)判斷矩陣，A層對(duì)B層1個(gè)，B層對(duì)C層3個(gè).用1~9標(biāo)度法確定判斷矩陣及其相對(duì)權(quán)重.其中，A層對(duì)B層判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重的確定見(jiàn)表2.

表2　A-B判斷矩陣表

B1層中物理特性的各項(xiàng)指標(biāo)、所構(gòu)造判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重如表3所示.

表3　B1-C判斷矩陣表

同理，可根據(jù)賦存特性B2對(duì)煤層最淺埋藏深度C6、煤層最深埋藏深度C7、煤層厚度變異系數(shù)C8、圍巖狀況C9、地質(zhì)構(gòu)造C10的相對(duì)重要性構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算出相對(duì)權(quán)重為(0.432 8,0.115 6,0.062 4,0.092 3,0.296 9).還可根據(jù)開(kāi)采特性B3對(duì)初始突出記錄C11、最大突出規(guī)模C12、歷史突出次數(shù)C13、預(yù)測(cè)區(qū)評(píng)價(jià)深度C14、預(yù)測(cè)區(qū)作業(yè)方式C15的相對(duì)重要性構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算出相對(duì)權(quán)重為(0.278 6，0.336 3，0.261 1，0.109 7，0.014 3).

3.3確定煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集是對(duì)煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性做出的評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí).通過(guò)對(duì)馬家溝煤礦區(qū)9-2號(hào)煤層瓦斯涌出情況的分析，將礦區(qū)的涌出危險(xiǎn)性劃分成5個(gè)等級(jí)，即V={V1，V2，V3，V4，V5}，V1為瓦斯涌出很危險(xiǎn)，V2為瓦斯突出危險(xiǎn)性為嚴(yán)重，V3為瓦斯突出危險(xiǎn)性一般，V4為可能有瓦斯突出危險(xiǎn)性，V5為沒(méi)有瓦斯突出危險(xiǎn)性，見(jiàn)表4.

表4　煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性結(jié)果對(duì)照表

根據(jù)所計(jì)算一級(jí)權(quán)重值和二級(jí)權(quán)重值作出判斷矩陣并進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，構(gòu)造評(píng)判集如下：

(0.352 1，0.241 9，0.209 0，0.192 7，0.004 3).

3.4評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)以上計(jì)算得出評(píng)價(jià)集，結(jié)合評(píng)價(jià)集中相關(guān)級(jí)別量化值可定量算出各評(píng)價(jià)子集和整個(gè)評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)結(jié)果.以被測(cè)煤層的物理特性為例，其評(píng)價(jià)集為B1，量化值向量為V，定量計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

同理可得，賦存特性V2= 86.817 2，開(kāi)采特性V3=76.511 1.

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，馬家溝煤礦9-2煤層屬于“一般”突出危險(xiǎn)范圍，表明在開(kāi)采過(guò)程中該煤層會(huì)發(fā)生突出現(xiàn)象，在生產(chǎn)中應(yīng)從人員素質(zhì)、安全生產(chǎn)、管理水平、煤礦設(shè)備等多方面做好防突工作.從評(píng)價(jià)子集的結(jié)果看，煤層的物理特性為68.072 5分，也屬于“一般”突出危險(xiǎn)范圍，表明9-2煤層具備突出危險(xiǎn)的基本條件；煤層賦存評(píng)價(jià)值為86.817 2分，屬于“嚴(yán)重”突出危險(xiǎn)，在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)注意褶曲和斷層對(duì)開(kāi)采的影響；開(kāi)采特性評(píng)價(jià)值為76.511 1分，屬于“一般”突出危險(xiǎn)，表明該煤層會(huì)發(fā)生突出現(xiàn)象，開(kāi)采時(shí)應(yīng)注意采動(dòng)因素對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性的誘發(fā)作用，如巷道布置、開(kāi)采順序、開(kāi)采方式和頂板控制等.

4結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的理論建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)所要評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系進(jìn)行了多級(jí)評(píng)價(jià)，最終得出馬家溝礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的結(jié)果，將模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)論與礦井實(shí)際的突出次數(shù)、突出強(qiáng)度和突出地點(diǎn)等進(jìn)行比較，可以證明模糊綜合評(píng)價(jià)法是切實(shí)可行的, 可以很好地應(yīng)用在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的研究領(lǐng)域.

模糊綜合評(píng)價(jià)要運(yùn)用專家評(píng)分等方法來(lái)確定對(duì)評(píng)價(jià)因素之間的權(quán)重分配，所以要求評(píng)價(jià)人員具有豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)Ω鱾€(gè)因素所導(dǎo)致結(jié)果的嚴(yán)重程度有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)和把握，這樣得出的權(quán)重分配才更科學(xué)合理.

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[1]徐志勝，姜學(xué)鵬.安全系統(tǒng)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

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Fuzzy comprehensive evaluation of the safety for gas outburst

LI Fengqin, TIAN Kunyun

(CollegeofSafetyEngineering,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou451191,China)

Abstract:Focusing on the gas outburst problem, a prominent risk evaluation index system is established based on the coal and gas outburst theory and the related factors and using the fuzzy evaluation method. The comprehensive analysis of each factor is made, and the evaluation is done, the quantified evaluation of gas outburst danger is achieved. With the Tangshan Majiagou Coal as an example, detailed analysis of the various indicators is conducted and the construction of fuzzy matrix and weights are give, the evaluation set is achieved. The evaluation correctly and totally reflected the real situation, applying a reasonable way to evaluate the real situation of gas outburst and the dangerous sources.

Key words:coal mine safety; fuzzy comprehensive evaluation; gas outburst; danger

作者簡(jiǎn)介：李鳳琴(1979-)，女，河南商丘人，副教授，研究方向?yàn)槊旱V安全.

收稿日期：2014-05-21

中圖分類號(hào)：TD712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-330X(2015)01-0016-04