基于灰色聚類-IA HP的頂板事故風險評估

陳 述,郁鐘銘,李春良,董智斌

(1．貴州大學 礦業學院, 貴州 貴陽 550025;2．貴州師范學院, 貴州 貴陽 550018)

0 引 言

地下開采為我國煤礦主要的開采形式,由于工作面空間有限,機械設備、噪聲等不安全因素從而導致眾多事故。煤礦生產系統具有相當高的復雜性,在開采、掘進過程中危險事故頻發,不僅嚴重制約其生產力,更是給井下的工人生命和生產設備帶來威脅。為了能科學有效地控制相關危險事故的發生,必須對相關事故做好風險評價工作。為了讓煤炭行業健康發展,對煤礦進行相應的安全評價,已成為其研究的熱點問題,也是保證煤礦安全生產的相關條件。

頂板事故在采煤過程中多發,且發生事故的頻率最高,是煤礦安全生產過程中最重要的危險隱患之一,需要在煤礦生產前進行風險評估,并在掘進工程中對其頂板進行及時的支護。

1 頂板事故風險影響因素分析

頂板事故可分成局部冒頂與壓垮型大面積冒頂兩大類,其中局部冒頂則多發生在掘進工作面的相關生產過程中。其影響因素主要為:

(1)巷道圍巖。巷道圍巖的構成及其力學性質直接對維護巷道空間起著決定性作用[1]。巷道斷面形式與尺寸選擇的重要依據便是圍巖支護條件,對頂板的影響具有重要意義。

(2)控頂距。掘進工作面頂板壓力與其下沉量的變化受到其控頂距大小的重要影響,控頂距越小其頂板的穩定性就會越高,此時就越利于巷道的臨時支護。

(3)臨時支護。在工作面沒有永久支護前這一階段是掘進工作面局部冒頂多發的階段。臨時支護是其工作面在掘進過程中進行永久支護前所必須采取的一種支護方式。

(4)空頂暴露時間。掘進工作面在頂板暴露后有一段下沉時間,且時間越長頂板下沉量越大。若想要減小工作面頂板的下沉量,就必須及時對其進行科學合理的支護。

(5)爆破對圍巖的破壞。在掘進面爆破作業的過程中會導致其圍巖的破壞,且對其影響較大,并會增加支護難度和冒頂的危險,為了減少爆破過程對圍巖產生的破壞,使用光面爆破和合理的爆破參數對圍巖的穩定有著相當重要的意義。

(6)地質因素。巷道穿越斷層掘進過程中圍巖條件易發生異常改變,會導致增加巷道支護的難度,并且十分容易發生冒頂災害,若此時調整支護方式不及時,則易產生相關的安全事故。

(7)管理因素。頂板支護的相關管理人員對工作的管理不到位,投入的相關人力、物力不足,相關的管理制度在工作過程中未落實到位,對工人的相關培訓不足等也有較大影響。

2 頂板事故風險評價指標體系

基于三類危險源理論,并結合貴州省某礦,對頂板事故風險進行分析并進行分類,深層解析事故的特征和誘發因素,應用區間層次分析法(IAHP)[2]進行分析,構建的頂板事故危險源安全評價指標體系[3]如圖1所示。

3 安全評價指標權重計算

圖1 頂板事故危險源安全評價指標體系層次結構

在確立風險評價指標體系時,按照相應的層次結構,運用三類危險源的劃分方法把掘進工作面頂板事故分成3個子集。將各類事故的危險源評價看作其目標層,把三類危險源作為其準則層,各指標作為其指標層,構造判斷矩陣[4-7]。

本文選取貴州省久益礦業股份有限公司的保興煤礦現場掘進工作面的頂板作為評價對象,并通過發放調查問卷進行相關數據的收集,對U層對Ui層各個元素兩兩進行比較[4],得出U→Ui判斷矩陣見表1。

表1 三類危險源指標權值

其權重:W0＝ (0．5906,0．2764,0．1330)

3．1 頂板事故危險源評價指標權值的確定

第一類危險源指標權值的確定,求解結果如表2所示。

第二類危險源指標權值的確定,求解結果如表3所示。

第三類危險源指標權值的確定,求解結果如表4所示。

表2 第一類危險源指標權值

表3 第二類危險源指標權值

表4 第三類危險源指標權值

指標層相對于準則層的重要性:

其不確定性為:

把總目標中心區間形式的區間權重向量W~0與其各準則層下的區間權重向量W~i進行相應的歸一化處理,計算出其最底層各因素相對于最上總層目標的權重Wi。

3．2 頂板事故危險源的評價

選取6位專家對頂板事故危險源打分,構成的評分矩陣D1:

參考文獻[4]~文獻[7],可以得到灰色評價矩陣如下:

對指標層各指標做綜合評價得到:

頂板事故風險綜合評價結果:

依據劃分風險的5個等級,每個等級賦值分別為1,2,3,4,5,則灰類等級值化向量:C＝(1 2 3 4 5),從而得到頂板事故風險綜合評價值Z:

由此得到基于灰色聚類-IAHP綜合風險模型的頂板事故風險的綜合評價值為3．4021,處于一般風險和較高風險之間并傾向于一般風險。

4 結 論

本文結合區間層次分析法與灰色聚類分析法,提出了灰色聚類-IAHP風險評價方法,該方法應用區間層次分析法評定指標權重,通過相應的實例分析表明,該評價模型具有良好的科學性與實用性。可以有效分析出事故風險現狀,從而為煤礦工作面頂板事故的預防工作提供了參考依據。