（采矿工程专业论文）贵州省地方煤矿水害危险性评价研究.pdf

贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 摘要 本课题来源于贵州省教育厅自然科学研究重点项目“基于w e b g i s 的数字 化矿井模型研究”的子课题“防排水工程子系统”。 研究以解决贵州省地方煤矿水害问题为基本出发点，将贵州省地方煤矿水 害性评价系统与g i s 分级显示系统相结合，开发一套基于g i s 的贵州省地方煤 矿水害危险性评价管理系统，对贵州省地方煤矿水害现状进行评价与管理。同 时，通过建立煤矿分布图件，对煤矿水害按等级显示，让上级主管部门能及时 掌握各个煤矿水害危险等级与矿井位置，并能查询发生水害的矿井的详细信息 并实现图上定位。 以国家相关的法律法规为依据，详细分析研究了2 0 0 2 - 2 0 0 7 年贵州省煤矿水 害事故案例，在总结近年来安全评价研究成果的基础上，确定了贵州地方煤矿水 害危险性的评价方法即改进的危险指数评价法，确定了量化煤矿水害的评价指标 及评价结果的方法。 研究以贵州省煤矿的水害事故为研究对像，根据现场调研和收集的数据与 资料( 主要是有关矿井的安全现状综合评价报告以及贵州省煤矿重大事故及典 型案例选编) ，对贵州省地方煤矿的水害现状进行了评价。建立了贵州省地方煤 矿水害事故评价模型，制作了基于g i s 的矿井水害现状图件，通过编制的程序 将所制作的图件和其信息属性关联，建立起基于g i s 的煤矿水害评价与管理系 统。该系统在图上用不同颜色表示方式表示矿井水害危险等级，并能在点击图形 某部分时能调出该部分的属性资料，也能通过属性资料查询图形。当水害危险等 级改变时，可以通过该系统改变其属性资料能自动更新图形，实现对煤矿水害现 状评价与管理。 矿井煤矿分布图件的数字化方法采用s u p e r m a pd e s k p r o5 0 制作矿山的二 维图形，使用的s u p e r m a po b j e c t s 大型组件式地理信息系统为g i s 开发平台。 以v i s u a lb a s i c 为开发工具建立贵州省地方煤矿水害评价管理系统。 本系统的应用将有利于上级主管部门及时了解所辖范围内的矿井的基本信 息和与水害有关的因素，及早制定出相应的防治措施，以利于防止煤矿重大水害 事故的发生。 关键词：煤矿水害危险性评价地理信息系统 a b s t r a c t 弧ei s s u e0 r i g i n a t e sf r o mt h e a n t i d r a i n a g ee n g i n e e r i n gs u b s y s t e m s o ft h e k e yr e s e a r c h w e b g i s - b a s e dd i g i t a lm o d e lo fm i n e o ft h e0 f j f i c eo f s c i e n c e e d u c a t i o ni ng u i z h o up r o v i r i c e t os o l v el o c a lc o a lm i n ew a t e rh a z a r di n g u i z h o up r o v i n c ei st h eb a s i cs t a r t i n gp o i n to ft h er e s e a r c h d e v e l o p m e n to f ag i s b a s e dl o c a lc o a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ew a t e rr i s ka s s e s s m e n t m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e so nt h el o c a lc o a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ew a t e r h a z a r de v a l u a t i o ns y s t e ma n dt h ed i s p l a ys y s t e mc l a s s i f i c a t i o ng i si n t e g r a t e d t h el o c a lc o a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ew a t e rh a z a r de v a l u a t i o na n d m a n a g e m e n to ft h es t a t u sq u o a tt h es a m et i m e ，t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to f c o a ld i s t r i b u t i o nm a p so ft h em i n ew a t e rh a z a r dg r a d e d ，t h eh i g h e ra u t h o r i t i e s c a ng r a s pa l lc o a lm i n ew a t e rd a n g e rr a t i n ga n dl o c a t i o no ft h em i n e ，a n dt h i s p r o v i d e sa c c e s st ow a t e ri nt h em i n ev i c t i m st oa c h i e v em o r ei n f o r m a t i o no n t h el o c a t i o nm a pa n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o lm e a s u r e s a p p l i c a t i o no ft h i s s y s t e mw i l lb ec o n d u c i v et os u p e r i o rd e p a r t m e n tt i m e l yu n d e r s t a n d i n go ft h e s c o p eo fi u r i s d i c t i o no ft h em i n ew a t e ra n db a s i ci n f o r m a t i o na n dh a r mt h e r e l e v a n tf a c t o r s ，a n dt od e v e l o pa p p r o p r i a t ec o n t r o lm e a s u r e st op r e v e n tm a jo r f l o o dc o a lm i n ea c c i d e n t s t h ed e t a i l e da n a l y s i so f 氇e2 0 0 2 2 0 0 7c o a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ei n w a t e rd a m a g ea c c i d e n tc a s e sb a s e do ns t u d yt or e l e v a n ts t a t el a w sa n d r e g u l a t i o n sa n ds u m m a r i z e de v a l u a t i o no fs a f e t yi nr e c e n ty e a r s o nt h eb a s i so f r e s e a r c hr e s u l t st od e t e r m i n et h e1 0 c a lc o a lm i n e si ng u i z h o uw a t e rh a z a r dr i s k a s s e s s m e n tm e t h o d st h a tt h e i m p r o v e dr i s ki n d e xe v a l u a t i o n t od e t e r m i n e t h eq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no ft h em i n ew a t e rh a z a r di n d i c a t o r sa n dt h e m e t h o d so fe v a l u a t i o nf i n d i n g s t os t u d yt h ec o a lm i n e sw a t e rd a m a g ei n c i d e n t si ng u i z h o up r o v i n c ea n d t os t u d y , r e s e a r c ha n dt h ec o l l e c t i o no ff i e l dd a t aa n di n f o r m a t i o n ( m a i n l y c o n c e r n i n gw i t ht h es a f e t yo ft h es t a t u sq u om i n ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n r e p o r t ，t h e c o a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ea n dt h et y p i c a lc a s eo fm a j o t a c c i d e n t ss e l e c t e d ) t og e tt h el o c a lt e a lm i n ei ng u i z h o up r o v i n c ew a t e r s t a t u so f 像ee v a l u a t i o n 。t h ee s t a b l i s h m e n to fal o c a lc o a lm i n ei ng u i z h o u p r o v i n c e 、t e ra c c i d e n t se v a l u a t i o nm o d e lh a sb e e np r o d u c e di nz u n y i g i s - b a s e dm i n ew a t e rh a z a r dm a po ft h es t a t u sq u o ，a n dt h ep r e p a r a t i o no ft h e p r o c e d u r e s w i l lb ep r o d u c e db yt h e m a p a n di t sa s s o c i a t e da t t r i b u t e i n f o r m a t i o n e s t a b l i s h i n g ag i s b a s e dc o a lm i n e sw a t e re v a l u a t i o na n d m a n a g e m e n ts y s t e m 弧es y s t e mm a p sw i t hd i f f e r e n tc o l o rw a y st h a tm i n e 贵州大学硕士学位论文 赛州省地方煤矿水害熊险性评价研究 w a t e rh a z a r dd a n g e rr a t i n gc a nc l i c ko nag r a p h i ct ot r a n s f e rp a r to ft h ep a r to f 啦ea t t r i b u t ei n f o r m a t i o na n dc a na l s oa t t r i b u t ei n f o r m a t i o nf o rg r a p h i c s w h e n t h ew a t e rd a n g e rr a t i n g c h a n g e d ，t h e s y s t e mc a nc h a n g ei t sa t t r i b u t i n g i n f o r m a t i o nw i t ha u t o m a t i c a l l yu p d a t i n gg r a p h i c sa n dc h a n g i n gt h es t a t u sq u o o fm i n e sw a t e rh a z a r d m i n e sw a t e rd i s t r i b u t i n gm a p sw a sm a d eu s i n go fd i g i t a lm e t h o d s s u p e r m a pd e s k p r o5 02 d g r a p h i c s 。u s i n go fl a r g e s c a l ec o m p o n e n t so f s u p e r m a p0 b j e c t sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mf o rg i sd e v e l o p m e n t p l a t f o 聪a n dv i s u a lb a s i ct oe s t a b l i s ht h el o c a lc o a lm i n e si ng u i z h o u p r o v i n c ew a t e rh a z a r da s s e s s m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ： m i n e sw a t e rh a z a r d ；r i s ke v a l u a t i o n ；g i s 。 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 附录b 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明弓l 周的内容姥，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名：。越过烈 日 期：迟生鱼旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅扣借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分蠢客编入有关数据库进, f - i - 检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：眦导师签名： 重生【：量日期： 湖叠眭厶旦 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 l 绪论 1 1 选题的依据及其实际意义 本课题来源于贵州省教育厅自然科学研究重点项目“基于w e b - g i s 的数字化 矿井模型研究 的子课题“防捧水工程子系统 。 贵州省作为西南地区的产煤大省，为满足我国及贵州省的煤炭需求、促进煤 炭工业的发展做出了应有的贡献。由于贵州省地方煤矿普遍存在技术力量薄弱、 管理水平低下、岩溶地貌较发育的情况，随着开采强度、开采深度的日益加大， 水害危险日显严重n 1 。因此，建立一个能够根据实际情况评价水害危险性的系统， 对实现煤矿的安全生产，提高主管部门的监管力度是十分必要的。 该论文专门针对贵州省地方煤矿生产的现状和水害事故的特点进行研究，开 发贵州省地方煤矿水害危险性评价系统。该系统可作为矿山企业进行水害预测评 价的手段，为矿山的安全生产提供决策支持，促进矿山提高管理水平和效率，增 强煤矿企业的抗灾能力；也可以作为上级主管部门掌握各个地方煤矿安全生产状 况、加强安全监督的有利工具。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外安全评价的研究现状与发展乜1 危险性评价又称安全评价，是首先在保险业兴起的。1 9 6 4 年美国道化学公 司开发了以爆炸指数为依据的安全评价方法，该方法从1 9 6 4 年到1 9 9 4 修改六次， 已经发展到第七版。这种评价方法引起了广泛的应用和探讨，促进了安全评价方 法的发展。1 9 7 4 年英国帝国化学公司( i c i ) 蒙德( m o n d ) 部对道化学公司的方 法进行了补充并增加了毒性的概念，提出了“蒙德火灾、爆炸、毒性指标评价法一。 1 9 7 6 年日本劳动省公布了“化工厂六阶段安全评价法”。 6 0 年代后期概率风险评价( p r a ) 安全评价技术得到了研究和开发。英国在 6 0 年代中期建立了故障数据库和可靠性服务咨询机构对企业开展概率风险评价 工作。1 9 7 5 年由麻省理工学院n r a s m u s s e n 领导的研究小组发表了( w a s h1 4 0 0 - 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 反应堆安全研究，在科技界和工程界引起了震动。1 9 7 6 年英国安全生产管理局 ( h a s ) 对c a n v e y 岛以及t h u r r e c k 地区的工业设施进行了危险评价。此后，这 类评价法在工业发达国家的许多项目中得到了广泛的应用。随后，又开发出一系 列以概率论为理论基础的有特色的安全评价方法。现在开发安全评价相关软件， 作为独立的产业形式在国外发达国家正方兴未艾。 1 9 9 9 年英国标准协会( b s i ) ，挪威船级社( d n v ) 等1 3 个组织提出了职业 安全卫生评价系列( 0 h s a s ) 标准，即o h s a s l 8 0 0 1 职业安全卫生管理体系 规范、o l t s a s l 8 0 0 2 职业安全卫生管理体系o r s a s l 8 0 0 1 实施指南嘲。其 管理内容为：危害辨识，危险评价和危险控制，关注员工在生产过程中职业安全 卫生状况，保障员工安全卫生的权益。安全评价已越来越多地列入各国法规、标 准及国际化组织有关规范的条款中。 这表明安全评价己正式确立了它在工业生产中的地位，主要表现在： ( 1 ) 安全评价已成为工程项目建设中必须的一项工作。 ( 2 ) 安全评价成为控制重大工业事故的重要手段。 综上所述，安全评价自其产生与发展以来，一直是工业生产企业预防事故发 生、提高安全管理和保障生命财产的主线。 1 2 2 国内研究现状 我国的安全评价推广始于二十世纪8 0 年代，虽然起步较晚，但发展迅速， 许多行业管理部门都制定了自己的安全性评价方法或标准，广泛开展了企业的安 全性评价工作。原机械工业部、化工部、中国石化总公司、冶金部等都先后制定 了本行业的安全评价标准。中国劳动科学研究院等单位完成的国家科委“八五一 攻关课题易燃、易爆、有毒重大危险源的评价技术研究提供了一套适合我国 国情的辨识和评价重大危险源的理论和方法，对进一步开展重大危险源的安全评 价工作有着重要意义。 煤炭工业的安全管理和评价研究与其他行业在时间上几乎同步，但研究的 规模、深入程度要落后于上述行业。煤矿安全评价技术的研究与开发大部分集中 在高校，其研究内容对安全评价的理论和技术等尚不够深入。 2 贵州人学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 1 2 3 地理信息系统在煤矿水害管理与评价中应用的国内外研究现状 g i s 是计算机科学、地理学、地质学、测量学、地图学等多门学科综合的 技术，是一个采集、存储、分析和显示地学信息的计算机系统，自出现开始就显 示了强大的生命力和极强的应用前景h 1 。随着g i s 技术进一步的发展，其在空间 灾害预测预报与评价方面开始得到了一定的应用，以g i s 技术为基础的灾害和危 险源管理与评价系统已由开发阶段转入实用嘲。国内外在开发和建立灾害和危险 源管理与评价系统方面做了大量的工作，并建立了能初步实现预测预报与评价功 能的计算机系统。北京大学遥感与地理信息系统研究所开发研制的煤矿地测空间 管理信息系统，在我国首次实现了矿山日常地质、测量等图形的一体化管理，使 矿井图形的自动化处理水平跃上一个台阶。该系统建立了专门的水文数据库，对 矿井涌水量、突水资料、长观孔水源井、抽水与水质、防治水资料等进行管理， 可以快速的实现查询、更新管理和报表输出等工作。这些工作的实现，对矿区或 煤矿的突水灾害预测预报问题，起到了一定的宏观指导作用。美国科罗拉多州立 大学m a r i om e j i a n a v a r r o 和e l l e ne w oh l ( 1 9 9 4 年) 在哥伦比亚的麦德林地 区，用g i s 进行地质灾害和风险评估嘲。重点考虑了基岩和地表地质条件、构造 地质条件、气候、地形、地貌单元及其形成作用、土地利用和水文地质条件等 因素。借助g i s 软件( g r a s s ) 的空间信息存储、缓冲区分析、d e m 模型及叠加分 析等功能，对有关滑坡、洪水和河岸侵蚀等灾害倾向地区进行了灾害分区，并对 某一具体事件各因素的脆弱性进行评价。雷明堂、蒋小珍等( 1 9 9 4 年) 在岩溶塌 陷评价中运用g i s 技术，他们根据塌陷影响因素( 如岩溶化程度、断裂分布、土 层厚度、水动力条件及己有塌陷分布) ，利用g i s 的距离分析、标量分析、网格 叠加分析、分级分组分析等功能，完成研究区塌陷危险性评价及分区。郑世书、 孙亚军( 1 9 9 4 年) 曾在煤矿地下开采工作面涌水预测及矿区岩溶水害预测中应用 了g i s 技术盯1 。曹中初、孙苏南等( 1 9 9 6 年) 曾在煤矿底板突水性预测中也应用了 g i s 技术，在分析煤矿( 矿区) 地质、水文地质条件及突水资料的基础上，建立起 能反映较多因素综合作用的突水模式，以帮助煤矿生产决策人员比较直观地对底 板突水做出正确的判断。中国矿业大学( 北京) 的武强等以m a p g i s 为基础，结合 其它配套软件，并在充分研究现场突水资料、影响底板的突水因素和矿井突水评 价方法的基础上，建立了地应力法、模糊综合评判法、多源信息复合法等种评价 3 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 模式，对指导某些煤矿的生产具有定的成效。 1 3 当前研究中存在的问题 对矿井水害危险性评价一直是广大矿业工作者和相关专家学者研究的焦 点，但是，当前的研究中也存在着很多问题需要加以解决。 ( 1 ) 当前的研究大都是以地质条件复杂程度来评价矿井水害的危险程度。 但是矿井水害的发生与否不仅仅取决于水文地质条件删。按矿井水文地质规程 的分类，即使水文地质条件简单的矿井也有发生水害的危险； ( 2 ) 目前大多数评价矿井水害的数学模型是基于某一特定地区的情况而建 立的，并且以北方地区居多。由于北方地区的煤矿与贵州省的煤矿无论是在煤层 赋存上还是水文地质条件上都有很大地不同，因此这些研究与评价模型并不能完 全适合贵州省的情况； 一( 3 ) 目前，大多矿井水害危险性评价并没考虑某些对煤矿水害具有决定性 影响的因素，处理方法欠妥，造成评价结果与现实状况相去甚远； ( 4 ) 在目前的研究中虽然专家、学者对矿井水害危险性评价方面做了大量 的工作，但没有形成专门的矿井水害危险危险性评价模型，更加没有专门针对贵 州省的情况进行研究。 1 4 应用前景分析 贵州省是我国西南地区的产煤大省，也是煤矿水害极其严重的省份。目前， 在拥有的1 8 0 0 多对矿井中，受水害威胁的煤矿就占6 6 0 多对。近几年来，随着 浅部煤炭资源的日益减少，开采深度和强度不断加大，水害给贵州省煤矿尤其是 地方煤矿的安全生产带来的威胁越来越大，成为除瓦斯之外引发煤矿安全事故的 又一主要原因，而在黔北、黔东北某些矿区，水害已成为影响煤矿安全生产的首 要因素。为遏制煤矿重特大水害事故的频繁发生，实现贵州省煤矿的安全生产， 对水害危险性进行合理的安全评价具有重要的现实意义h 1 。 目前，由于开采强度和开采深度不断加大，煤矿水害事故愈发严重和频繁。 给煤矿安全生产带来了极大的障碍，造成了大量的人力物力的损失，也给上级监 管部门带来了极大的压力。因此，及时地对煤矿水害发生的可能性及其严重程度 4 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 做出判断就成为现实需要。 1 5 研究的主要内容和目标 1 5 1 研究的主要内容 本论文研究的主要内容是贵州省煤矿水害特征及水害历史与现状：通过收 集资料，深入研究影响贵州地方煤矿水害的因素，建立评价指标体系，建立评价 模型，开发水害危险性评价系统；为企业和管理部门提供决策支持。 具体内容如下： ( 1 ) 对贵州省地方煤矿水害特征及成因、水害现状及历史进行研究。 ( 2 ) 通过对贵州省地方煤矿水害历史数据的分析，选择合适的数学方法建 立适合贵州省煤矿水害评价模型。 ( 3 ) 建立贵州省地方煤矿水害事故信息数据库，在此基础上水害危险性评 价模型，编制煤矿水害危险性评价系统。 ( 4 ) 建立煤矿水害信息管理与水害危险性评价系统相结合的能够动态显示 地方煤矿水害危险性等级的评价结果、管理与查询的系统。 1 5 2 研究的目标 针对贵州省煤矿水害日显严重的特点以及论文来源项目的要求，本文的研 究目标主要是： ( 1 ) 确定贵州省煤矿水害事故的影响因素，建立评价指标体系。 ( 2 ) 建立适合贵州煤矿的水害事故的危险性评价模型。 ( 3 ) 开发贵州省地方煤矿水害事危险性评价与管理系统。 1 6 研究方案及准备采取的技术路线 1 6 1 研究方案 以贵州省地方煤矿作为研究对象，根据现场调研和收集的资料( 主要是各 地方煤矿水害基本情况的记录) ，对水害现状进行分析，运用合适的方法分析引 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 发水害事故主要管理因素和技术因素。运用现代数据分析方法建立适合贵州省地 方煤矿的水害危险性评价模型，并制作相关图件，通过编制程序将空间信息和属 性信息关联，建立基于g i s 的贵州省地方煤矿水害危险性评价与管理系统。 1 6 。2 拟采取的技术路线 逶过对贵州省煤矿水害影响因素的研究，结合贵娴省的实际情况和对以往 水害情况的分析，建立适合贵州煤矿水害危险性评价的数学模型。系统开发利用 可视化歼发平台v b 6 0 ，盾台数据蓐采用关系性数据库a c c e s s 2 0 0 3 。 收集煤矿水密的相关满料 分析爨州省煤矿水害事故案例 确定影响因素 影响因素酶量弛分榜 确定水害评价模型 1 7 本章小结 属 性 数 据 蹲 的 建 图纸数字化 转化为s u p er m a p 数据格式 图形数据库 基于g is 的贵州省地方煤矿 水害危险性评价管理系统 系统的调试运行 图1 - 1 研究的技术路线 本章概括地论述了本论文的选题裱据及其实际意义，透过对相关文献的综述 指明了国内外的研究现状和目前这些研究中存在的问题，确立了本文的研究内容 和主要爨标以及本论文的硬究方案和准备采取的技术鼹线。 6 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 2 煤矿水害危险性评价方法的研究现状 2 1 现有评价方法概述 2 1 1 危险性评价的定义与任务嗍 危险源是导致事故的潜在的不安全因素。危险性是指某种危险源导致事故、 造成人员伤亡或财产损失的可能性。系统中往往有许多危险源，系统危险性评价 是对系统中危险源危险性的综合评价。危险源的危险性评价包括对危险源自身危 险性的评价和对危险源控制措施效果的评价两个方面的问题。具体地说，系统危 险性评价是对系统危险程度的客观评价，它通过对系统中存在的危险源及其控制 措施的评价客观地描述系统的危险程度，从而指导人们先行采取措施降低系统的 危险性。系统危险性评价的结果是系统的危险程度或系统发生危险的可能性，其 目的是尽可能降低事故率和财产损失，并获得最优的安全投资效益。 罗韦( w d ”r o w e ) 在危险性分析一书中认为危险性评价包括确认危险性 和评价危险程度两个方面。危险性确认在于辨识危险源和定量来自危险源的危险 性。即使是定性辨识，能概略地区别危险源的危险程度也是必要的。当然，更为 精确的是明确事故发生概率的大小及后果严重度。 系统危险性评价的根本任务是探求系统安全运行的规律和结果，以便于发现 危险源，并通过采取控制措施，降低危险源的危险性，从而保证系统安全、高效 运转。系统危险性评价的应用领域十分广泛，系统种类繁多，特性各异，评价方 法各种各样。 2 1 2 系统危险性评价方法分类n 们 系统危险性评价方法根据危险性对应于系统寿命的相应阶段和定性定量可 以分为以下两大类： 2 1 2 1 危险性预评价和现有系统危险性评价 根据危险性对应于系统寿命的相应阶段危险性评价可以分为危险性预评价 和现有系统危险性评价两大类。 7 责髑大学硕士学位论文贵媸省地方煤矿水害危险性评价研究 ( 1 ) 危险性预评价是指在系统开发、设计阶段进行的危险 生评价。 ( 2 ) 现有系统危险性评价。它是在系统建成以后的运转阶段进行的系统危 险性评价。其目的在于了解系统的现实危险性，为进一步采取降低危险性的措施 提供依据。根据以往的运转经验，对现有系统的危险性已经有了一定的了解，因 而与危险性预评价相比较，现有系统危险性评价的结果更接近于实际情况。现有 系统危险性评价方法分为统计评价和预测评价两种方法。 统计评价是通过对已发生事故的统计分析来评价系统的危险性，实质上统 计评价评价的是系统过去的危险性，从时问上讲属于“滞后黠评价，可以从宏观 上指导事故预防工作。 预测评价，是在事故发生前对系统危险性进行的评价。它在预测系统可能 发生事故的基础上对系统的危险性进行评价，具体指导事故的预防工作。 2 1 2 2 定性危险性评价与定量危险性评价方法 所谓的定性、定量评价，是指在实施危险性评价时是否要把危险性指标进行 ， 量化处理 ( 1 ) 定性危险性评价。定性评价是指依靠人的观察分析能力，借助予经验和 判断能力进行评价的方法。它不对危险性进行量化处理而只做定性比较。 ( 2 ) 定量危险性评价。它是在危险性量化基础上进行酶评价，熊够毙较精确 地描述系统的危险性，因此在系统危险性评价中得到了广泛应用。根据对危险性 量他处理的方式不网，定量评价又可分为概率危险性评俭方法和相对危险性评价 法。 概率危险性评价方法。它是以菜种系统事故发生概率计算为基础的危险性评 价方法。因前应用较多的是概率危险性评价方法( p 脚。 相对的危险性评价方法是根据以往的经验和个人霓解规定一系列赋值标准， 然后根据危险性分数值评价危险性的方法。相对的评价法又叫做打分法。 j q 2 1 3 现有的定量评价方法m 1 根据嗣前对煤矿系统安全评价的机构组合方式、安全程度表达式及模型与 系统的藕合关系，目前国内外常用的安全评价方法有数十几种，归纳起来总共有 以下几类，即 s 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 ( 1 ) 危险指数评价法。指数评价法主要用于化工行业。此方法操作简单，可 行性强，缺点主要是是评价模型中对系统安全保障体系的功能重视不够，特别是 危险物质和安全保障体系间的相互关系未予考虑。各个因素间均以加或乘的方式 处理，忽视各因素间重要性的差别。另外此方法的灵活性和敏感性较差。 ( 2 ) 概率危险性评价( p r a ) 法。概率危险性评价起源于核电站安全的研究j 概率危险性评价是以某种伤亡事故或财产损失事故的发生概率为基础进行的系 统危险性评价。它主要采用故障树分析和事件树分析方法。此方法的缺点是需要 耗费大量的人力、物力、财力和时间进行原始的数据的积累。 ( 3 ) 事故致因突变模型评价法。此方法适用于局部问题的指标量化，对系统 进行危险性评价就会局限与定性分析。 ( 4 ) 神经网络的评价方法。神经网络评价方法的评价效果主要取决于样本的 学习，如果样本不够精确，那么评价结果的精确性也无从谈起。并且，网络结构 和问题本身的复杂性也会影响神经网络模型评价的效果。而且神经网络还缺少严 密理论体系的指导。 ( 5 ) 层次分析法评价方法。近几年层次分析法在系统危险性评价中受到了广 泛的应用，它将人的主观判断数量化，解决了复杂系统评价靠主观判断、缺乏逻 辑性的缺点。但是在建立判断矩阵的过程中人的主观性，并且判断矩阵易陷入循 环而不满足一致性。因此，这个方法也引起了较大的争议。虽然有学者对层次分 析法进行了改进但并没有从本质上改变层次分析法的局限性。 ( 6 ) 灰色系统理论评价法。灰色系统理论评价法主要是将系统看作是既有已 知信息又有未知信息的灰色系统，通过建立微分方程来对原始数据进行处理从而 得到评价结果。灰色关联评价分析则是一种多因素统计分析方法，它以各因素的 样本数据为依据用灰色关联来描述因素间的次序。灰色系统理论评价方法只需要 较少的数据就能对系统的状况进行评价，简单易行。但是灰色系统由于原始较少 所得评价结果比较粗糙。而将数据量增加时，评价结果并没有相应增加，有时还 可能出现倒退。 ( 7 ) 模糊数学分析评价法。模糊数学分析评价方法充分考虑了系统危险性 的影响因素具有的模糊性。在系统危险状态具有模糊性己成为人们的共识的条件 下，对于模糊性的系统进行评价很自然地要应用模糊数学评价方法。 9 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 2 1 4 现有评价方法比较n 2 1 每一种评价方法都其适用范围，也有各自的优缺点。了解各种评价方法的异 同点是合理地选用评价方法，是准确地对评价对象做出合理、有效地评价的前提。 评价方法比较见下表： 表2 - 1 ：常用危险评价方法比较表 评价方法评价目类别方法特点适用范围应用条件优缺点 标 类比法危害程定性利用类比作职业安全卫生类比作业场简便易行、 度分业场所检测、评价作业条件、所具有可比专业检测量 级、危统计数据分岗位危险性评性大、费用高 险性分级和事故统价 级计分析资料 类推 安全检查危险有定性按事先编制各类系统的设有事先编制简便、易于 表害因素的有标准要 计、验收、运行、 的各类检查掌握、编制 分析安定量求的检查表管理、事故调查表有赋分、评检查表难度 全等级逐项检查，按级标准及工作量大 规定和标准 赋分，评定安 全等级 预先危险危险有定性讨论分析系各类系统设计，分级评价人 简便易行， 性分析害因素统存在的危施工、生产、维员熟悉系统，受分级评价 ( p h a )分级安险、危害因修前的概略分有丰富的知 人员主观因 全等级素、触发条析和评价识和实践经素影响 件、事故类验 型，评定危险 性等级 故障类型 故障 定性列表、分析系机械电气系统、同上较复杂、详 l o 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 和影响分( 事统( 单元、元局部工艺过程，尽受分级评 级故) 原件) 故障类事故分析有根据分析价人员主观 ( f m e a ) 因影响型、故障原要求编制的因素影响 程度等 因、故障影响表格 级评定影响程 度等级 故障类型故障原定性同上。在机械电气系统、同f l i e a 有元较f m e a 复 和影响危因故障f m e a 基础 局部工艺过程，素故障率、系杂、精确 险性分析等级危定量上，由元素故 事故分析统重大故障 险指数障概率、系统( 事故) 概率 重大故障概数据 率计算系统 危险性指数 事件树事故原定性归纳法，由初各类局部工艺熟悉系统、元 简便、易行、 ( 圈哺) 因触发始事件判断过程、生产设素间的因果受分析评价 条件事定量系统事故原 备、装置事故分关系、有各事人员主观因 故概率因及条件内析件发生概率素影响 各事件概率数据 计算系统事 故概率 事故树事故原定性演绎法，由事宇航、核电、工 熟练掌握方复杂、工作 ( f t a )因事故定量故和基本事艺、设备等复杂法和事故、基 量大、精确。 概率件逻辑推断系统事故分析本事件间的故障树编制 事故原因，由联系，有基本有误易失真 基本事件概事件概率数 率计算事故据 概率 道化学公火灾、定量根据物质、工生产、贮存、处熟练掌握方大量使用图 司法( d o w )爆炸危艺危险性发理燃、爆、化学法、熟悉系表、简捷明 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 险性等生可能性、人活泼性、有毒物统、有丰富知了、参数取 级，事 员暴露状况、质的工艺过程识和良好的位宽、因人 故损失危险程度赋及其他有关工判断能力，须而异，只能 分，计算后评艺系统有各类企业对系统整体 定危险性等装置经济损宏观评价 级 失标值 帝国化学火灾、定量由物质、工同上 熟练掌握方 同上 公司蒙德 爆炸、艺、毒性、布法、熟悉系 法毒性及置危险计算统、有丰富知 ( m o n d )系统整 采取措施前识和良好的 体危险后的火灾、爆判断能力 性等级 炸、毒性和整 体危险性指 数，评定各类 危险性等级 日本劳动危险性定性 检查表法定化工厂和有关熟悉系统、掌综合应用几 省六阶段等级性评价，评点装置握有关方法、种办法反复 法定量 法定量评价，具有相关知评价，准确 采取措施，用识和经验，有性高，工作 类比资料复类比资料量大 评、l 级危险 性装置用 e t a 、f t 等 方法再评价 单元危险危险性 由物质、毒性 系数、工艺危 性快速捧等级 险性系数计熟悉系统、掌是溯法的 算火灾爆炸同d o w 法的适握有关方法、简化方法、 序法 定量 指数和毒性用范围具有相关知简捷方便、 指标评定单 识经经验 磅于推广 元危险性等 级 1 2 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 危险性与 偏离其 通过讨论，分 析系统可能 可操作性原因、分析评价人简便、易行， 出现的偏离、化工系统、热 研究后果、定性偏离原因、偏力、水力系统的 熟悉系统、有受分析评价 离后果及对安全分析 丰富的知议人员主观因 对系统和实践经验 素影响 整个系统的 的影响影响 2 2 煤矿水害危险性评价方法的研究现状m ， ， 当前煤矿水害性评价方法的研究主要集中在对现有的评价方法的改进或与 其它方法相结合，使之更好地适用于煤矿水害危险性的评价，从而取得更好的评 价结果。 西方国家由于煤矿地质条件好，煤层赋存情况简单，很少有水害发生，因此 对煤矿水害危险性评价的研究较少，主要还是利用现有的评价方法对煤矿水害危 险性进行评价。 国内由于煤矿地质条件复杂，水害问题较为突出，特别是近几年水害事故更 是频繁，重特大水害事故时有发生。国内的众多学者、专家对煤矿水害危险性评 价做了大量的研究，取得了一定的成果。主要集中在两方面： ( 1 ) 对现有评价方法的改进n 帕 山东科技大学的施龙青、韩进根据“突水系数法提出“突水概率指数法一。 考虑了多种因素对突水的综合影响，取得了良好的效果，但该方法需要对地层、 构造及水文特征有足够的认识和研究并且需要大量的突水资料。长沙铁道学院的 倪宏革将优势面理论用于突水危险性评价，突出了主要因素在评价过程的突出作 用。中国矿业大学( 北京) 黎锦贤将主成分分析和层次分析结合对煤矿安全性进 行评价。河北武安的秦福彬用水害分类法对地方煤矿的水害危险性进行评价。 另外，还有很多人将层次分析法、灰色系统理论、模糊综合评价法、神经 网络等用于水害危险性的评价，主要是一些常见的评价方法在水害评价中的具体 运用，在此不一一赘述。 ( 2 ) 计算机、地理信息系统在水害评价中的应用 煤矿水害评价涉及的信息量很大，为了综合利用这些信息提高评价的精度和 1 3 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 效率，很多学者专家对计算机在水害评价中的应用做了大量有益的探索，开发了 一些具有实用价值的水害信息管理与评价的计算机系统。 施龙青、韩进在2 0 0 4 年开发了底板突水预测评价软件，以突水概率指数为模 型进行预测，但该软件只是将计算过程程序化并没有进行相应信息的管理与存 储。龙软科技公司开发的水害防治导航系统中的评价子系统将评价系统和预警系 统相结合，但实用性有待进一步检验。 山东科技大学“基于g i s 的矿井水害安全管理信息系统”中的评价单元运用基 ”于证据理论( d s 理论) 的数据融合技术对底板突水进行预测与评价。山东科技 大学的“矿井水害预测与专家咨询系统综合运用层次分析法、模糊数学方法对 矿井水害进行评价。 中国矿业大学武强教授将地理信息系统用于突水危险性评价，后来又结合神 经网络、脆弱性指数评价、地应力、模糊综合评价、多元信息融合法形成了一个 综合的突水信息管理与评价模型，取得良好的效果。将地理信息系统用于水害的 评价的还有中国矿业大学( 徐州) 郑世书、孙亚军。 2 3 本章小结 本章着重论述了危险性评价的基本概念与原理和常见的危险性评价方法， 对各种评价方法进行比较。论述了目前水害危险性评价方法的研究现状。 1 4 贵州大学硕士学位论文贵州省地方煤矿水害危险性评价研究 3 煤矿水害危险性评价 煤矿水害成因复杂，受地质条件、人为因素，安全管理水平等多种因素的影 响，这就决定了对煤矿水害的评价多停留在定性评价的阶段n 射。如何寻找一种简 单易行、可操作性强、评价效果好的定量评价方法，提高评价水平从而为煤矿生 产提高科学的管理手段，就成为现实需要。 笔者通过对现有评价方法研究分析的基础上，考虑到可操作性与实用性提出 了基于关键因素的危险指数评价方法。其过程如下： ( 1 ) 建立评价指标体系； ( 2 ) 分析评价指标的影响因素，确定关键指标； ( 3 ) 各评价指标权重的确定； ( 4 ) 编制各评价值指标评分表，确定各评价指标得分； ( 5 ) 划分水害等级： ( 6 ) 建立模型及模型的应用。 3 1 评价指标体系的建立 评价指标体系的建立是建立煤矿水害评价模型的第一步，也水害危险性评价 过程中的很重要的一个环节。指标体系的建立主要是选取指标和指标之间关系的 确定。煤矿水害成因复杂、影响因素众多，具有高度的不确定性、多层次性和开 放性，各个因素互相影响、互相制约，在评价过程中如果将每一个因素一一分析 不但工作量大而且也忽视了各因素之间的关联性，因此建立一个科学、完备的评 价指标体系是很有必要的。 3 1 1 评价指标体系建立的原则n 叼 评价指标体系的建立是在一定的原则指导下进行的，评价指标体系的建立必 须遵循以下原n - ( 1 ) 科学性原则：指标的选择、数据的选取以及计算必须以公认的科学理 论为依据。建立煤矿水害危险性评价指标体系