基于ISM的礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性分析?

李 巖,施式亮,2,陳曉勇

(1．湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院, 湖南 湘潭市 411201;2．煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 湘潭市 411201)

0 引 言

礦井火災(zāi)是煤礦主要災(zāi)害之一,據(jù)資料統(tǒng)計(jì),我國(guó)56%的礦井都具有煤炭自燃的現(xiàn)象,這其中60%的可采煤層會(huì)引發(fā)自然發(fā)火。在礦井火災(zāi)中,90%是煤炭自燃引發(fā)的,且礦井內(nèi)因火災(zāi)的發(fā)火初期不產(chǎn)生明顯的火焰,不容易被察覺,一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)使大量煤炭因火區(qū)而凍結(jié)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也對(duì)井下工作人員的生命健康造成嚴(yán)重的威脅,甚至可能引發(fā)煤塵、瓦斯爆炸等更大的災(zāi)難。因此礦井火災(zāi)也成為了制約礦井安全生產(chǎn)與發(fā)展的重要因素之一。

礦井火災(zāi)的危險(xiǎn)性分析是保證礦井安全生產(chǎn)的重要措施,目前開展礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性研究的學(xué)者和成果較多,并取得了一定成效:鄧軍[1]等運(yùn)用層次分析法分析了礦井煤自燃危險(xiǎn)性,牛寶云[2]等運(yùn)用VB軟件實(shí)現(xiàn)了煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性綜合評(píng)估體系的計(jì)算機(jī)可視界面,張永來[3]等建立了評(píng)估礦井災(zāi)害水平的層次結(jié)構(gòu)模型,謝振華[4]等運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法預(yù)測(cè)煤炭自燃。江澤標(biāo)[5]等建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤層自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型。伍愛友[6]等運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)建立了礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。以上評(píng)價(jià)方法具有的共同特點(diǎn)是:建立指標(biāo)體系,通過權(quán)重的計(jì)算分析出危險(xiǎn)等級(jí),較少地考慮采用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型分析系統(tǒng)中各要素間存在怎樣的關(guān)系,以及影響礦井內(nèi)因火災(zāi)的直接、間接及深層次原因。筆者針對(duì)上述礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中存在的不足,應(yīng)用系統(tǒng)工程中的解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling,ISM)深入分析了影響礦井內(nèi)因火災(zāi)的26個(gè)因素之間的相互關(guān)聯(lián),建立了礦井內(nèi)因火災(zāi)的解釋結(jié)構(gòu)模型;深刻揭示各因素之間的橫向和縱向關(guān)系,對(duì)礦井內(nèi)因火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià),最后針對(duì)這些影響因素提出有效的預(yù)防措施,為礦井安全生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)。

1 礦井內(nèi)因火災(zāi)影響因素及其指標(biāo)體系

通過對(duì)全國(guó)礦井火災(zāi)相關(guān)事故和相關(guān)文獻(xiàn)資料分析,整理得出導(dǎo)致礦井內(nèi)因火災(zāi)的各個(gè)影響因素及影響因素間相互的聯(lián)系。筆者綜合考慮最終確定礦井內(nèi)因火災(zāi)主要受安全管理、監(jiān)控系統(tǒng)、防滅火技術(shù)條件、開拓開采技術(shù)條件、煤層地質(zhì)賦存條件、自燃傾向性6個(gè)層面共26個(gè)因素的影響,影響因素指標(biāo)及隸屬關(guān)系見表1。

2 基于ISM的礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型,利用矩陣等工具,分析處理影響內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性因素,抓住問題的本質(zhì)。

2．1 建立鄰接矩陣

通過查閱相關(guān)資料和專家打分,根據(jù)表1所列的影響因素建立鄰接矩陣,鄰接矩陣描述了系統(tǒng)各要素兩兩之間的直接關(guān)系,若Si對(duì)Sj有影響,也即表明從Si到Sj有長(zhǎng)度為1的通路,則用1表示,若Si對(duì)Sj無影響,沒有直接關(guān)系,用0表示,若兩者相互影響,取影響大的一方為影響關(guān)系,經(jīng)多次討論,深入分析了表1中26個(gè)因素之間的關(guān)系,建立鄰接矩陣A,如表2所示。

表1 礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素指標(biāo)

2．2 生成可達(dá)矩陣

建立可達(dá)矩陣見表3。可達(dá)矩陣(Reachability Matrix,用R表示)是指用矩陣形式來描述有向鄰接圖各節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)過一定長(zhǎng)度的通路后可以到達(dá)的程度。可達(dá)矩陣的元素rij代表了Si到Sj間是否存在可到達(dá)的路徑,其表示了各指標(biāo)之間所有直接和間接關(guān)系。其計(jì)算方法為通過matlab進(jìn)行(A＋I(xiàn))冪運(yùn)算,直至A＋I(xiàn)≠(A＋I(xiàn))2≠(A＋I(xiàn))3≠…≠ (A＋I(xiàn))r＝(A＋I(xiàn))r＋1成立,其中r＝4。

表2 鄰接矩陣表A

表3 可達(dá)矩陣R

續(xù)表3

2．3 劃分各因素的層次關(guān)系

對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行區(qū)域與級(jí)間劃分。以可達(dá)矩陣為準(zhǔn)則,將系統(tǒng)的所有要素劃分成不同級(jí)(層)次。規(guī)定R(Si)為要素Si的可達(dá)集,A(Si)為Si的先行集。求滿足R(Si)＝R(Si)∩A(Si)條件的要素集Li,Li中的要素處于有向圖的第一級(jí)。然后,從原來的可達(dá)矩陣R中刪去對(duì)應(yīng)Li中要素的行和列,得到矩陣R′,對(duì)R′進(jìn)行同樣操作確定屬于第二級(jí)L2的要素。以后重復(fù)同樣的操作,依次求出L3,L4,…,從而把各要素分派到相應(yīng)的級(jí)別上,結(jié)果見表4。

從表4中可以看出Li＝R(Si)∩A(Si)的要素有S2,S5,S7,S12,S14,S16,S18,S22,S24,故認(rèn)為這9個(gè)要素為第一級(jí)要素。重復(fù)上述操作可依次得出第二、三、四、五、六可達(dá)集、先行集和交集。用同樣的方法可劃分出后面級(jí)位要素,在此不贅述,劃分結(jié)果在圖1中可以清晰顯示。

2．4 建立解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)上述圖表的計(jì)算和分析,得出礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素ISM模型,如圖1所示。

2．5 結(jié)構(gòu)模型分析

由圖1可知,礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素體系是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),具有多層遞階結(jié)構(gòu),將風(fēng)險(xiǎn)影響因素主要分為3個(gè)大的層次:

(1)最頂層的9個(gè)因素對(duì)礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響最為直接,分別為安全檢查(S2)、系統(tǒng)可靠性(S5)、傳感器(S7)、采煤工作面掘進(jìn)及推進(jìn)速度(S12)、采空區(qū)漏風(fēng)狀況(S14)、頂板管理(S16)、地質(zhì)構(gòu)造(S18)、含硫量(S22)、灰分(S24)。顯而易見,若想系統(tǒng)非常可靠,就需要加強(qiáng)系統(tǒng)校驗(yàn)及管理(S6),合適的開拓方式(S11)對(duì)于傳感器的放置是非常重要的,而采煤工作面掘進(jìn)及推進(jìn)速度(S12)和頂板管理(S16)等因素會(huì)直接影響到回采方向及順序(S15),頂板巖性(S21)的復(fù)雜性也影響到了采空區(qū)漏風(fēng)狀況(S14)和頂板管理(S16),綜合的一系列因素會(huì)導(dǎo)致礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性增大。

表4 第一級(jí)可達(dá)集、先行集和交集

圖1 礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素解釋結(jié)構(gòu)模型

(2)再?gòu)牡谌髮蛹?jí)到第四大層級(jí)進(jìn)行分析,安全生產(chǎn)責(zé)任制(S1)、人員素質(zhì)(S3),等是屬于管理及人的因素和礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性有一定的間接關(guān)系,進(jìn)而產(chǎn)生影響。采煤方法(S13)、水分(S23)、煤的碳化程度(S25)、煤層厚度(S17)、煤的粒度、孔隙率、脆度和硬度(S26)等屬于煤層相關(guān)特性對(duì)于煤層本身自燃有一定的影響。

(3)最后,安全教育(S4)作為礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素最重要的原因,也啟發(fā)了需要注重員工的安全教育,提高員工的防火意識(shí),對(duì)于火災(zāi)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)做到及時(shí)處理。通過對(duì)防滅火隊(duì)伍(S10)的綜合訓(xùn)練以求提高處理火災(zāi)的速度及效率。因此這些因素反而成為了最重要的原因。

3 結(jié) 論

(1)由礦井內(nèi)因火災(zāi)危險(xiǎn)性模型可知,安全檢查、系統(tǒng)的可靠性、防滅火設(shè)備、頂板管理、采空區(qū)漏風(fēng)狀況等是影響礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性的最直接最重要因素。因此,在火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面,要確保各系統(tǒng)穩(wěn)定可靠;并且處理采空區(qū)漏風(fēng)狀況及時(shí)檢查,以最有效的辦法確保礦井火災(zāi)的不發(fā)生。

(2)安全生產(chǎn)責(zé)任制、采煤方法等作為間接影響因素也應(yīng)受到重視。只有明確的生產(chǎn)責(zé)任制度和合適的采煤方法才能使礦井所有的事務(wù)能夠有條不紊的進(jìn)行,每個(gè)員工和領(lǐng)導(dǎo)安全意識(shí)才會(huì)不斷增強(qiáng),對(duì)于礦井火災(zāi)的防范工作也會(huì)做到位,真正做到按時(shí)到相關(guān)地點(diǎn)進(jìn)行檢查。

(3)安全教育作為影響火災(zāi)危險(xiǎn)性的最根本影響因素,應(yīng)該受到更大的重視。建立健全普適的安全理念,廣泛開展安全宣傳教育,加強(qiáng)防滅火隊(duì)伍建設(shè),讓人們由被動(dòng)安全意識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)安全意識(shí),自身思想上安全意識(shí)的提高更有助于降低礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性。