周科

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004）

新陽井田礦井突水灰色風險性評價研究

周科

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004）

摘要：為了研究山西新陽井田上組煤頂板及下組煤底板突水水害問題，通過統(tǒng)計分析以往井田內(nèi)突水實例，采用風險率和風險度評價與灰色評價理論相結(jié)合的方法建立統(tǒng)計學模型，對上組煤頂板及下組煤底板的突水風險率和突水風險度進行預測評價，評價結(jié)果表明井田下組煤發(fā)生底板突水的風險大于上組煤發(fā)生頂板突水的風險。

關(guān)鍵詞：突水風險性；突水風險率；突水風險度

新陽井田地處郭莊泉域巖溶水系統(tǒng)北部徑流區(qū)，井田內(nèi)第四系、新近系松散巖類孔隙含水巖組在較大的河谷區(qū)厚度大、富水性強，對煤礦開采影響較大，為上組煤頂板的主要充水含水層；奧陶系峰峰組巖溶裂隙含水層水壓大、富水性強，在斷層破碎帶及斷層發(fā)育部位對下組煤開采影響大，為下組煤底板主要突水水源［1-5］。評價井田上組煤頂板及下組煤底板的突水風險率和突水風險度對新陽井田礦井防治水工作有著現(xiàn)實指導意義。

對于礦井突水危險性評價以往多側(cè)重于區(qū)域上的劃分，例如劃分井田內(nèi)的突水危險區(qū)域和較安全區(qū)域等，但礦方在制定防治水系統(tǒng)升級改造時，往往在安全生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)兩方面都進行考慮，在現(xiàn)有的防治水系統(tǒng)下，今后發(fā)生突水的概率及突水后的危害程度有多大，這將是礦方制定防治水規(guī)劃的一個重要考慮因素。本文將灰色風險評價理論運用到礦井突水危險性的風險評價中，建立數(shù)學模型分析井田今后的突水風險概率和風險程度［6-12］，為礦井防治水工作提供量化的依據(jù)。

1　灰色風險性評價模型建立

在礦井巷道開拓或采掘過程中，由于導水斷層、陷落柱、采動導水破壞等因素都可以導致礦井突水，在導水斷層密集、采動導水破壞活動強烈、奧陶系水頭壓力較大、奧陶系巖溶裂隙富水性強的地方，我們認為這些區(qū)域是突水危險性大的區(qū)域，但在這些區(qū)域內(nèi)，未來會發(fā)生突水的可能性有多少，在現(xiàn)有的排水系統(tǒng)條件下，如果發(fā)生突水那么發(fā)生突水的程度有多大，這就需要評價發(fā)生突水的風險率和風險度。風險率是災(zāi)害出現(xiàn)概率的度量；風險度是災(zāi)害的危害程度。對于礦井突水危險性來說，突水風險率就是指礦井發(fā)生突水事故的可能性有多大，突水風險度就是指如果礦井發(fā)生了突水事故，突水事故造成的危害程度有多大。

灰色系統(tǒng)理論是充分利用已知信息用離散數(shù)據(jù)建立微分方程的一種方法。灰色理論系統(tǒng)是用來解決由已知事件來量化推測未知事件的方法，尤其可以解決信息數(shù)量少或信息不確定的問題，目前已廣泛運用于自然科學、社會科學領(lǐng)域。灰色系統(tǒng)在地質(zhì)科學中應(yīng)用也相當廣泛，其被廣泛運用于儲量評價、水文預測預報等。

本次評價將風險率和風險度的概念與灰色評價理論相結(jié)合，運用灰色理論及統(tǒng)計學模型對上組煤頂板及下組煤底板的突水風險率和突水風險度進行預測評價。

突水事件可能由一種或多種因素所導致，其可以被看做一種隨機事件，我們可以建立關(guān)于突水事件的風險率和風險度的模型。

發(fā)生突水的隨機事件A的概率P（A）可以表達為：

（1）如果A為突水事件，事件A的風險率為A事件的概率，即：

（2）如果A為安全事件，則事件A風險率公式為：

FP=1-P（A），

期望值公式為：

或

式中：xi，P（xi）為離散風險變量及相應(yīng)概率；f（x）為連續(xù)風險變量的密度函數(shù)。

標準差計算公式為：

風險度計算公式為：

2　灰色風險率計算

我們把風險率和風險度的計算納入灰色系統(tǒng)中得到灰色風險分析模型。突水事件?的概率P（）的表達式為：

或

3　灰色風險度計算

或

其方差公式為：

其中

灰色突水事件A?的灰色風險度公式為：

4　突水灰色風險評價

新陽煤礦在采的煤層有上組煤1號、2號、3號煤層，下組煤9號、10號、11號煤層，上組煤主要受頂板突水的威脅，下組煤主要受底板突水的威脅，本次為了更加準確地預測井田突水風險性，將上組煤突水風險性和下組煤突水風險性分開評價。

4.1上組煤頂板突水風險性評價

為了評價礦井突水危險區(qū)上組煤頂板突水的風險，我們統(tǒng)計了在巷道掘進和工作面開采過程中發(fā)生的上組煤頂板突水事件，根據(jù)統(tǒng)計，受小斷層或采動導水破壞帶的影響，頂板常見小于10m3/h的突水，但這些小型突水基本不會對礦井安全造成影響；受較大斷層或?qū)严队绊?，頂板可見大?0m3/h小于50 m3/h的突水事件，根據(jù)發(fā)生位置和情況不同，一般不會對礦井安全造成影響或個別地方影響較大，但仍在可控范圍內(nèi)；受較大斷層或?qū)严队绊?，頂板偶見大?0m3/h小于100m3/h的突水事件，根據(jù)發(fā)生位置和情況不同，一般影響較大但可控或個別會造成突水事故；受大斷層或異常導水裂隙影響，頂板少見大于100 m3/h小于200 m3/h的突水事件或大于200 m3/h的突水事件，這些事件均可造成突水事故。應(yīng)用灰色風險計算模型對新陽井田上組煤頂板突水影響程度作出評價，見表1。

表1 頂板突水量區(qū)間及其概率

根據(jù)危險區(qū)以往發(fā)生上組煤頂板突水的實際情況統(tǒng)計，定義底板突水灰色事件。

A?=（0，0）/6+（0，0.5）/30+（0.5，1）/80+（1，1）/150+ （1，1）/300.

由灰色風險率計算公式

由

由

由計算可知，新陽井田在上組煤頂板突水風險率為0.225，即頂板發(fā)生突水的可能性為22.5%；突水風險度為0.556，即發(fā)生突水后造成事故的可能性為55.6%。

4.2下組煤底板突水風險性評價

為了評價礦井突水危險區(qū)下組煤底板的突水風險，我們統(tǒng)計了在巷道掘進和工作面開采過程中發(fā)生的底板突水事件，根據(jù)統(tǒng)計，受小斷層或采動導水破壞帶的影響，底板常見小于10 m3/h的突水，但這些小型突水基本不會對礦井安全造成影響；受較大斷層或?qū)严队绊?，底板可見大?0m3/h小于100m3/h的突水事件，根據(jù)發(fā)生位置和情況不同，一般不會對礦井安全造成影響或個別地方影響較大，但仍在可控范圍內(nèi)；受較大斷層或?qū)严队绊?，底板偶見大?00m3/h小于200m3/h的突水事件，根據(jù)發(fā)生位置和情況不同，一般影響較大但可控或個別會造成突水事故；受大斷層或異常導水裂隙影響，底板少見大于200m3/h小于400m3/h的突水事件或大于400m3/h的突水事件，這些突水事件均可造成突水事故。應(yīng)用灰色風險計算模型對新陽井田下組煤底板帶壓區(qū)內(nèi)受奧陶系灰?guī)r發(fā)生突水影響程度作出評價，見表2。

表2　底板突水量區(qū)間及其概率

根據(jù)危險區(qū)以往發(fā)生底板突水的實際情況統(tǒng)計，定義底板突水灰色事件?。

由灰色風險率計算公式

由

由

由計算可知，新陽井田在下組煤底板帶壓區(qū)內(nèi)，突水風率為0.35，即底板發(fā)生突水的可能性為35%；突水風險度為0.633 2，即發(fā)生突水后造成事故的可能性為63.32%。因此井田發(fā)生底板突水的風險是較大的。

5　結(jié)論

本論文應(yīng)用灰色風險評價模型對井田上組煤頂板及下組煤底板突水進行了突水風險性和突水風險度的評價。根據(jù)評價，新陽井田在上組煤頂板突水風險率為0.225；突水風險度為0.556。新陽井田在下組煤底板突水風險率為0.35；突水風險度為0.633 2。井田下組煤發(fā)生底板突水的風險大于上組煤發(fā)生頂板突水的威脅，因此如在防治水預算有限的情況下，防治水規(guī)劃中應(yīng)優(yōu)先加強下組煤底板突水的防治。

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（編輯：楊鵬）

中圖分類號：TD 713

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5050（2016）03-017-05

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.005

收稿日期：2016-01-18

作者簡介：周科（1984-），男，山東肥城人，碩士，工程師，從事水文地質(zhì)勘探研究。

Grey-risk Assessment ofW ater Inrush in Xinyang M ine

ZHOU Ke
（Geoexploration Institute of Hydrogeological Engineering and Geological Environment，China National Administration of Coal Geology，Handan 056004，China）

Abstract：The water inrush of the roof of upper coal group and the floor of lower coal group in Xinyangwas studied.By statistic analysis on previouswater inrush cases，risk rate and degree evaluation and grey evaluationwere combined toestablish a statisticmodel，which wasused to predictand assess the water inrush risk rate and degree of the roof of the upper group and the floor of the lower group.The evaluation showed that the floorwater inrush riskwas larger than the roofwater inrush risk.

Keywords：water inrush risk；water inrush risk rate；water inrush risk degree