林华矿2093回采工作面消突评价指标体系的构建及其应用

李仲勋，李绍泉，李青松

(1.毕节职业技术学院，贵州 毕节 551700；2.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025)

林华矿2093回采工作面消突评价指标体系的构建及其应用

李仲勋1，李绍泉2，李青松2

(1.毕节职业技术学院，贵州 毕节 551700；2.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025)

为了更加有效地对林华矿2093回采工作面进行消突评价，在选择影响该工作面评价因素(地质构造因素、煤层瓦斯参数因素、煤体结构特征因素和煤层瓦斯赋存条件因素)的基础上，建立了突出煤层回采工作面消突评价指标体系，采用模糊综合评价法对2093回采工作面进行消突评价。评价结果表明：该评价方法评价准确、可靠以及可以达到满意的结果。

模糊综合评价法；林华矿；回采工作面；消突评价

煤矿瓦斯是影响我国煤矿安全生产的主要灾害之一。随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力也随着增加。近年来，贵州煤矿的开采深度也随着煤炭工业的发展而逐渐加大。根据我国煤炭行业的相关规定，工作面在回采前必须对其进行有效地安全评价，只有当工作面瓦斯含量或瓦斯压力达到规定值以下，方可对工作面进行正常回采。因此，突出煤层采掘工作面在回采前进行安全评价是非常必要的，这对采掘工作面的安全生产具有重要的现实意义。

1 工作面概况

2093综采工作面是林华矿二采区9#煤层首采工作面，该面沿煤层走向长850余米，沿煤层倾向长160余米，该工作面采用走向长壁采煤法进行回采。

2093综采工作面煤层厚度为0.8～3.2m，煤层厚度变化大。经煤炭科学总院重庆分院测定，9#煤层瓦斯含量为17.006 m3/t，绝对瓦斯涌出量为17.6 m3/min，且9#煤层为突出煤层[1]。

2093综采工作面采取在上、下顺槽相向施工顺层长钻孔抽采煤层瓦斯以及向煤巷掘进工作面前方掘进条带施工本煤层顺层预抽瓦斯钻孔消突措施。为了消除突出煤层回采工作面在回采期间出现瓦斯事故，在工作面回采前须对其进行消突评价[2-3]。

2 2093回采工作面消突评价

2.1 评价指标体系的建立

根据林华矿井2093回采工作面的实际情况，首先选择地质构造因素、煤层瓦斯参数因素、媒体结构特征因素和煤层瓦斯赋存条件因素作为一级评判因素(第一层次结构)，见图1。

为了对第一层结构的指标进行细化，现将指标体系的第一层结构进行分解，建立消突评价第二层次的指标体系(共十二个二级指标)，见图2～5所示，后续的评价模型、计算所需要的数据以及评价均以此结构图作为依据。

图3 煤层瓦斯参数因素指标体系分解

图4 煤体结构特征因素指标体系分解

图5 煤层瓦斯赋存条件因素指标体系分解

2.2 模糊综合评价模型的建立

模糊综合评价决策是在考虑多种因素影响下关于某种目的对某事物作出综合的评价。Fuzzy综合评价决策又称之为模糊综合决策或模糊多元决策。模糊综合评价的数学模型可分为一级模型和多级模型[4-6]。由于需要评价的指标较多，若采用一级综合评价很难合理地定出权重分配，即难以真实地反映各因素在整个评价中的地位，故拟采用多级(二级)综合评价模型。

1) 评价对象因素集的划分[7]。

设X ={x1,x2,x3,…,xn}为n种因素(或指标)构成的集合，称为因素集。将因素集X按某种属性类型划分成S个子集，记为X1、X2、X3…Xs。

设每个子集的因素为： Xi={xi1,xi2,xi3,…,xin,}( i=1,2,3,…,s )，则有式(1)。

(1)

2)对于每个子集Xi，按一级模型进行评价。

设Y={Y1,Y2,Y3,…,Ym}为m种评价构成的集合，称为评价集。Xi上的权重分配为A=(ai1,ai2,ai3,…,ain)，则有式(2)。

(2)

Xi的单因素模糊矩阵为Ri，于是第一级的综合评价见式(3)。

(3)

3)构造多级模型模糊矩阵[8]。

将每一个Xi看作一个元素，用Bi作为它的单因素评价，因此，可构成多级模型的模糊矩阵，见式(4)。

(4)

它是{X1,X2,X3,…,Xs}的单因素模糊矩阵，每个Xi作为X的一部分，它反映了X的某类属性，可以按它们的重要程度给出权重分配： A=(a1,a2,a3,…,as)。

于是多级(二级)综合评价的数学模型见式(5)。

(5)

式中：“○”表示复合计算；A是X上的模糊子集，即各评价因素的权重；B是Y上的模糊子集，即评价结果；R是X与Y之间模糊关系的模糊矩阵。

2.3 隶属函数的确定

根据建立的指标体系以及确定的指标等级，同时考虑到各指标与突出的相互影响，建立以下两种类似于戎上、下型隶属函数。

1)评价指标与煤层的突出危险性呈正相关关系隶属函数见式(6)。

(6)

2)评价指标与煤层的突出危险性呈负相关关系隶属函数见式(7)。

(7)

式中： x为指标值；c为指标区间的临界值。

通过隶属函数得出各因素对应煤与瓦斯突出危险性等级的评价值，从而确定模糊矩阵R，为多级综合评价奠定基础。

2.4 模糊综合评判集Y的确定

模糊综合评判集表示人们对某一事物的评价种类。根据建立的评价指标体系，综合评价集即为煤与瓦斯突出危险性等级。根据《煤矿安全规程》[9]和《防治煤与瓦斯突出规定》[10]，将煤与瓦斯突出等级分为两级。煤与瓦斯突出危险性分级集Y见式(8)。

(8)

式中：Y1,Y2分别代表“无突出危险”和“突出危险”。

2.5 消突评价

根据已建立的指标体系，运用模糊数学综合评判对林华矿2093回采工作面进行消突评价。根据林华矿井的实际情况，定性指标的取值和定量指标的实测值，详见表1。

2.5.1 第一级综合评价

根据建立的评价指标体系，对四个影响因素集分别进行第一级综合评价。根据建立的隶属函数(式(6)和式(7))，求出四个影响因素集的单因素模糊矩阵，分别为R1、R2、R3、R4。

根据现场专家打分确定的四大影响因素及其子集的权重分配如下(各因素的权重之和为1)。

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

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

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

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

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

根据公式Bi=Ai○Ri(“○”表示复合计算)，对四个影响因素子集进行第一级综合评价，其评价结果见表2。

2.5.2 第二级综合评价

B=(0.448,0.382,0.096,0.074)

(9)

评价结果表明，2093回采工作面不发生突出的可能性占54%，发生突出的可能性占46%。根据最大隶属度原则，结论是该工作面为无突出危险工作面。

3 消突评价效果分析

林华煤矿2093回采工作面采取上、下顺槽相向施工顺层长钻孔抽采煤层瓦斯以及向煤巷掘进工作面前方掘进条带施工本煤层顺层预抽瓦斯钻孔消突措施后，采用模糊综合评价法对该工作面进行消突评价。评价结果表明：该评价方法评价准确、可靠以及可以达到满意的结果。

根据2093工作面回采过程中反馈的信息来看，该工作面未发生过动力现象和煤与瓦斯突出，这证明了模糊综合评价法的正确性和可靠性。

4 结 语

模糊综合评价法在林华煤矿2093回采工作面的消突评价结果表明：2093采煤工作面为无突出危险工作面，这与采用残余煤层瓦斯含量和残余煤层瓦斯压力对该工作面评价结果一致。该方法在评价煤层突出危险性方面是切实可行的，同时也可为其他类似地质情况的煤层突出危险性评价工作提供参考。

[1] 李青松.贵州林华矿业有限公司林华矿井 2093 工作面消突评价研究报告[R].贵州省矿山安全科学研究院，2009.

[2] 张景立.突出危险采煤工作面消突试验研究[J].煤炭科学技术，2009(3):21-24.

[3] 马丕梁.煤矿瓦斯灾害防治技术手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[4] 肖位枢.模糊数学基础及应用[M].北京：航空工业出版社，1992.

[5] 谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉：华中理工大学出版社，2006.

[6] 杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2006.

[7] 王莲芳，许树柏.层次分析法引论[M].北京：中国人民大学出版社，1990.

[8] 李春睿，齐庆新，秦子晗.煤矿开采[J].煤矿工作面安全事故的模糊综合评价方法，2009(3):13-15.

[9] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[10] 国家安全生产监督管理总局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，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

李仲勋(1981-)，四川宜宾人，硕士，讲师，注册安全工程师，主要从事矿山安全方面的教学与科研工作。E-mail:lizhongxun@163.com。

TD712

A

1004-4051(2015)01-0111-04