煤矿瓦斯风险的综合评价

1、煤矿瓦斯风险的综合评价黎锦贤1,2,周心权1,曲志明3(1.中国矿业大学资源与安全工程学院,北京100083;2.宜春学院工学院,江西宜春336000;3.河北工程学院,河北邯郸056038)摘要:利用煤矿安全状况调查统计所获得的基础资料,分类归纳影响瓦斯风险的危险因素,对所有因素的定性和定量指标值进行深层次分析和幂函数处理,建立了具有确定系数的综合评价模型,从而对瓦斯风险进行综合评价。关键词:瓦斯风险;深层次法;幂函数;综合评价中图分类号:TD712文献标识码:B文章编号:1003-496X(2006)03-0017-04基金项目：国家十五”科技攻关项目(2001BA803B0416)国家自

2、然科学基金项目(550474031)进行煤矿瓦斯风险评价是做好煤矿安全管理工作的重要手段。它有利于实现对煤矿按风险类型、严重程度、生产规模等进行分级分类管理和监察;有利于对煤矿的安全状况进行动态监控,根据不同时间段的实际情况适时做出调整,以此来强化对煤矿安全生产的监管,提高煤矿安全监察的科学性、针对性。煤矿瓦斯风险评价工作有助于提高煤矿安全管理水平,并达到变事后处理为事先预防预测,使煤矿安全工作实现科学化;变纵向单科换行管理为全面系统管理,使煤矿安全工作实现系统化;变盲目管理为目标管理,使煤矿安全工作实现标准化。目前,常用的风险评价方法可分为定性评价方法、指数法、概率危险评价方法、综合模糊评价

3、方法、灰色理论评价方法等几大类。各种评价方法都有一定的科学依据和可行性。但对于不同的应用对象,评价模型结构、指标和参数存在很大的差别。我们对山东、河北、安徽的一些煤矿的安全状况进行了调查及安全规划,并利用这些基础资料进行矿井瓦斯风险评价。本文是根据瓦斯爆炸的发生需要3个条件（一定浓度的瓦斯,一定温度的引燃火源,足够的氧气浓度）而进行危险性分析和评价的。1 瓦斯风险综合评价指标值的确定利用煤矿安全状况调查所获得的统计资料为样本,运用综合评价方法确定模型中的待定系数项,进而建立具体的评价模型。首先要确定所统计矿井的瓦斯风险综合评价指标值。目前,评价事故后果严重程度大多以事故造成人员伤亡的数量和比例

4、为指标依据,而本文在确定瓦斯事故综合指标时,重点考虑死亡事故,同时兼顾非死亡换行事故。确定瓦斯事故综合指标的因素如图1所示。为保证瓦斯事故的综合指标能充分反映瓦斯事故的后果严重程度,充分利用了评价指标所传递的基础信息,合理实现了对瓦斯事故评价指标的量化。在保证评价指标值递增变化的前提下,通过对各种函数特征的分析,认为幂函数和多项式函数是比较理想的量化函数模型。幂函数避免了对数函数及指数函数对应于0、1两个数值的缺陷,保证了函数的连续性并反映出线性特征。结合调查中各基础指标出现的最高值,以及历史资料中出现过的最高值,在满足指标可比性原则的前提条件下,以幂函数为手段,逐步进行测试,将评价指标值压缩

5、至0,1范围内的数值,使经过量化后指标值能充分表达基础信息量的完整性,以微小的差异反映出实际指标值明显的变化,增加了指标的灵敏性。同时这种归一化处理使各项指标具有可比性。在综合评价过程中,确定评价指标的权重是非常关键的问题。本文以死亡事故主要表征瓦斯事故后果严重程度,所以在对权系数的确定时有所侧重。结合现场情况和专家的意见以及瓦斯事故统计分析所反映的事故发生规律,对事故指标体系评价因素的权重进行确定,如图1所示。根据指标合成中各自的权重分配,对事故基础指标加权求和,得出分析样本事故综合指标值。图1瓦斯事故换行评价指标权重2 矿井瓦斯风险影响因素及指标体系矿井瓦斯风险子系统由人、机、环境（瓦斯状

6、态）、以及完成任务的手段（安全管理）等基本元素构成,简称人机环系统。人机环的系统安全分析方法能较好地解决系统危险源确定问题,本文确定以人机环的系统安全分析方法为矿井瓦斯系统安全分析的手段,结合煤矿安全状况调查的统计资料,从实际出发,实现对瓦斯风险系统的分析,分析内容如图2所示。对影响瓦斯风险的各种因素采用层次分析方法,进行分类归纳,从而建立各因素之间的关系。2瓦斯风险分析内容示意图在人、机、瓦斯等多种影响因素确定后,下一步将是建立各种因素与风险综合指标之间的关系。根据多元统计原理,使系统风险的综合指标和危险因素的状态指标值之间尽可能呈近似线性关系。例如矿井瓦斯的相对涌出量、煤层最高瓦斯压力等都

7、是具体确定值,各自表征危险因素的具体特征,它们与风险综合指标并非呈线性关系。瓦斯风险的综合指标可以表示为人、机、瓦斯等多种影响因素的多元函数,函数可以表示为:S=kx(x-x0)+ky(yy0)+kz-Z)+kxy(x-x0)(yy0)+te(x-x0)(z-z0)+R式中S瓦斯风险的综合指标;x、y、z人、机、瓦斯的状态指标值,x0、y0、z0分别表示x、y、z的中间值;k指标系数;R余项,表示人、机、瓦斯以外的其它影响因素及其交互项对S的作用。瓦斯风险涉及因素众多,要求必须用一套能从总体上反映评价对象本质的指标体系,合理确定评价指标体系是进行瓦斯风险综合换行评价的关键所在。结合矿井瓦斯风险

8、综合评价的特点及瓦斯风险分析建立指标体系应遵循科学性原则、系统性原则、可操作原则、时效性原则、定性与定量相结合的原则。根据对瓦斯风险系统深层次分析所确定的危险因素及指标体系建立原则,建立瓦斯风险的评价指标体系,包括瓦斯状态评价指标、机的评价指标、人的评价指标和安全管理指标,如图3所示。人、机、瓦斯状态评价指标包括有定性指标和定量指标,对指标进行量化处理就是将定性指标科学可靠地定量化,定量指标可靠地量化。人、机、瓦斯状态指标体系的构建依据煤矿安全状况调查的内容,其中存在少量定性指标。定性指标具有较强的模糊性、随机性。定性指标量化仍采用专家给定判断,这些方法要求有大量专家,并且有充足的时间进行评价

9、。本文对定性指标以事故分析、专家经验、规程、规章为基础,并参阅对安全状况调查现状内容的统计分析给定,使指标值具有较强的可操作性、一定的可靠性,反映客观真实性,从而保证综合评价的合理性。例如,根据煤矿地质构造形态、断层和褶曲的发育情况以及岩浆岩的侵入情况,煤矿地质构造复杂程度可分为简单、中等、复杂和极复杂4个级别,不同级别地质构造复杂程度的煤层,地质条件对瓦斯的生成、移、赋存和富集所表现出的地质作用也不同,对其影响作用的程度进行定量化,分别赋值0.3,0.5,0.75,1,即为该评价因素的指标值。在确定事故指标评价值时对定量指标采用舍弃等级论域进行量化的做法,利用幂函数的形式,采取逐步测试的手段

10、,对基础指标值进行处理。例如对瓦斯相对涌出量值运用幂函数逐步进行开方测试,然后与事故指标进行比较分析,使经处理后的指标值与事故指标尽可能符合呈近似线性关系。经逐步换行测试后,对样本的相对瓦斯涌出量基础指标值开8次方后与事故指标值比较,效果比较理想,从而确定对相对瓦斯涌出量基础指标值处理的量化函数为:A2=a21/8式中a2矿井相对瓦斯涌出量值,m2/t。根据上述原则,采用幂函数的手段,对表征人、机、瓦斯状态的基础数据进行了量化。然后采用赋权值方法,确定各基础指标的权重,由此得到人、机、瓦斯状态指标值。图3瓦斯风险综合评价指标体系3评价模型的建立按照上述方法确定了矿井的指标参数,通过线性回归分析

11、,确定了评价模型中的待定系数。由此建立了瓦斯风险的综合评价值S的计算式:S=0.14x(C-0.51)+0.42x(B-0.26)+0.76X(A-1.18)+0.18X(B-0.26)(C-0.51)-1.48X(A-1.18)(C-0.51)-0.068X(A-1.18)(B-0.26)+0.72式中S瓦斯风险的综合指标;A瓦斯状态指标值;B机的评价指标值;C人的评价指标值。4结论(1)通过煤矿瓦斯风险的特性分析,确定了人、机、环系统风险分析技术的手段,对影响矿井瓦斯风险的人、机、瓦斯、管理等因素进行了深层次分析,分类归纳出了影响瓦斯风险的危险因素。建立了瓦斯风险综合评价的指标体系,并依据事故树的原理构建人、机、瓦斯、管理4因素的逻辑层次关系,从而根据综合换行评