林華礦2093回采工作面消突評價指標體系的構(gòu)建及其應用

李仲勛，李紹泉，李青松

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

林華礦2093回采工作面消突評價指標體系的構(gòu)建及其應用

李仲勛1，李紹泉2，李青松2

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

為了更加有效地對林華礦2093回采工作面進行消突評價，在選擇影響該工作面評價因素(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)的基礎上，建立了突出煤層回采工作面消突評價指標體系，采用模糊綜合評價法對2093回采工作面進行消突評價。評價結(jié)果表明：該評價方法評價準確、可靠以及可以達到滿意的結(jié)果。

模糊綜合評價法；林華礦；回采工作面；消突評價

煤礦瓦斯是影響我國煤礦安全生產(chǎn)的主要災害之一。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，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)我國煤炭行業(yè)的相關(guān)規(guī)定，工作面在回采前必須對其進行有效地安全評價，只有當工作面瓦斯含量或瓦斯壓力達到規(guī)定值以下，方可對工作面進行正常回采。因此，突出煤層采掘工作面在回采前進行安全評價是非常必要的，這對采掘工作面的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

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850余米，沿煤層傾向長160余米，該工作面采用走向長壁采煤法進行回采。

2093綜采工作面煤層厚度為0.8～3.2m，煤層厚度變化大。經(jīng)煤炭科學總院重慶分院測定，9#煤層瓦斯含量為17.006 m3/t，絕對瓦斯涌出量為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鉆孔抽采煤層瓦斯以及向煤巷掘進工作面前方掘進條帶施工本煤層順層預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其進行消突評價[2-3]。

2 2093回采工作面消突評價

2.1 評價指標體系的建立

根據(jù)林華礦井2093回采工作面的實際情況，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評判因素(第一層次結(jié)構(gòu))，見圖1。

為了對第一層結(jié)構(gòu)的指標進行細化，現(xiàn)將指標體系的第一層結(jié)構(gòu)進行分解，建立消突評價第二層次的指標體系(共十二個二級指標)，見圖2～5所示，后續(xù)的評價模型、計算所需要的數(shù)據(jù)以及評價均以此結(jié)構(gòu)圖作為依據(jù)。

圖3 煤層瓦斯參數(shù)因素指標體系分解

圖4 煤體結(jié)構(gòu)特征因素指標體系分解

圖5 煤層瓦斯賦存條件因素指標體系分解

2.2 模糊綜合評價模型的建立

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

1) 評價對象因素集的劃分[7]。

設X ={x1,x2,x3,…,xn}為n種因素(或指標)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個子集，記為X1、X2、X3…Xs。

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

(1)

2)對于每個子集Xi，按一級模型進行評價。

設Y={Y1,Y2,Y3,…,Ym}為m種評價構(gòu)成的集合，稱為評價集。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，于是第一級的綜合評價見式(3)。

(3)

3)構(gòu)造多級模型模糊矩陣[8]。

將每一個Xi看作一個元素，用Bi作為它的單因素評價，因此，可構(gòu)成多級模型的模糊矩陣，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(二級)綜合評價的數(shù)學模型見式(5)。

(5)

式中：“○”表示復合計算；A是X上的模糊子集，即各評價因素的權(quán)重；B是Y上的模糊子集，即評價結(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)建立的指標體系以及確定的指標等級，同時考慮到各指標與突出的相互影響，建立以下兩種類似于戎上、下型隸屬函數(shù)。

1)評價指標與煤層的突出危險性呈正相關(guān)關(guān)系隸屬函數(shù)見式(6)。

(6)

2)評價指標與煤層的突出危險性呈負相關(guān)關(guān)系隸屬函數(shù)見式(7)。

(7)

式中： x為指標值；c為指標區(qū)間的臨界值。

通過隸屬函數(shù)得出各因素對應煤與瓦斯突出危險性等級的評價值，從而確定模糊矩陣R，為多級綜合評價奠定基礎。

2.4 模糊綜合評判集Y的確定

模糊綜合評判集表示人們對某一事物的評價種類。根據(jù)建立的評價指標體系，綜合評價集即為煤與瓦斯突出危險性等級。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分為兩級。煤與瓦斯突出危險性分級集Y見式(8)。

(8)

式中：Y1,Y2分別代表“無突出危險”和“突出危險”。

2.5 消突評價

根據(jù)已建立的指標體系，運用模糊數(shù)學綜合評判對林華礦2093回采工作面進行消突評價。根據(jù)林華礦井的實際情況，定性指標的取值和定量指標的實測值，詳見表1。

2.5.1 第一級綜合評價

根據(jù)建立的評價指標體系，對四個影響因素集分別進行第一級綜合評價。根據(jù)建立的隸屬函數(shù)(式(6)和式(7))，求出四個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(“○”表示復合計算)，對四個影響因素子集進行第一級綜合評價，其評價結(jié)果見表2。

2.5.2 第二級綜合評價

B=(0.448,0.382,0.096,0.074)

(9)

評價結(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)論是該工作面為無突出危險工作面。

3 消突評價效果分析

林華煤礦2093回采工作面采取上、下順槽相向施工順層長鉆孔抽采煤層瓦斯以及向煤巷掘進工作面前方掘進條帶施工本煤層順層預抽瓦斯鉆孔消突措施后，采用模糊綜合評價法對該工作面進行消突評價。評價結(jié)果表明：該評價方法評價準確、可靠以及可以達到滿意的結(jié)果。

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

4 結(jié) 語

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

[1] 李青松.貴州林華礦業(yè)有限公司林華礦井 2093 工作面消突評價研究報告[R].貴州省礦山安全科學研究院，2009.

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

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

[4] 肖位樞.模糊數(shù)學基礎及應用[M].北京：航空工業(yè)出版社，1992.

[5] 謝季堅，劉承平.模糊數(shù)學方法及其應用[M].武漢：華中理工大學出版社，2006.

[6] 楊綸標，高英儀.模糊數(shù)學原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.

[7] 王蓮芳，許樹柏.層次分析法引論[M].北京：中國人民大學出版社，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價方法，2009(3):13-15.

[9] 國家安全生產(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，注冊安全工程師，主要從事礦山安全方面的教學與科研工作。E-mail:lizhongxun@163.com。

TD712

A

1004-4051(2015)01-0111-04