基于物元分析的礦井回采工作面

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1、基于物元分析的礦井回采工作面安全性評價方法研究我國是世界上少數(shù)以煤為主要能源的國家之一，在能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭始終占70％以上，據(jù)專家估計這一消費(fèi)結(jié)構(gòu)在未來的20～30年內(nèi)不會改變。近幾年隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，對煤炭能源的需求也越來越大，需求缺口也越來越大，超強(qiáng)度開采成為各煤礦企業(yè)增加產(chǎn)量的主要途徑，從而造成了煤礦事故的不斷發(fā)生，給國家和人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失，僅2004年1年內(nèi)，全國煤礦發(fā)生事故3639起，死亡6027人[1]。煤礦安全事故的頻發(fā)引起了國家政府的高度重視，安全問題已經(jīng)超過效益成為煤礦生產(chǎn)中的首要關(guān)注對象。在煤礦頂板、瓦斯、水、火、煤塵等5大災(zāi)害中，工作面頂板事故又占絕大

2、部分，而回采工作面頂板事故的發(fā)生是煤炭賦存的自然條件、開采的機(jī)械化水平以及管理水平等多種因素共同作用的結(jié)果。以往的研究主要以某一因素為主建立單因素的模型進(jìn)行預(yù)警預(yù)測[2-4]，在準(zhǔn)確性與預(yù)警方面未能起到其應(yīng)有的作用。因此有效地控制回采工作面安全事故的發(fā)生，必須首先對影響回采工作面安全生產(chǎn)的因素進(jìn)行分析、歸納與總結(jié)，并據(jù)此構(gòu)建合適的礦井回采工作面安全水平評價指標(biāo)體系，進(jìn)而建立綜合評價模型與評價方法來對回采工作面的安全水平進(jìn)行綜合評價，并據(jù)此采取相應(yīng)的措施，來消除或減少回采工作面生產(chǎn)中的安全隱患，避免重大或特大煤礦事故的發(fā)生，以保證安全生產(chǎn)，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。51礦井回采工作面安全水平評價指

3、標(biāo)體系影響回采工作面安全生產(chǎn)的因素是多方面的[5]，可以從宏觀上將其分為3類：①反映礦山壓力大小與集中程度的因素，如直接頂和老頂?shù)姆€(wěn)定性、采高、開采深度、煤礦傾角等。②體現(xiàn)支架性質(zhì)與作用能力的因素，如初撐力、支架直線誤差、支架中心誤差及端面距等。③使二者協(xié)調(diào)一致并達(dá)到最佳工作狀態(tài)的管理水平因素，目前衡量回采工作面管理水平的主要指標(biāo)有日進(jìn)度、設(shè)備完好率、工作面效率等。這3個方面無論是哪一方面出現(xiàn)了問題都將對回采工作面安全生產(chǎn)造成威脅。因此礦井回采工作面安全水平評價指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)從這3個方面進(jìn)行設(shè)計，共分3層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，共設(shè)計了12項(xiàng)評價指標(biāo)。如圖1所示。2礦井回采工作面安全水平

4、級別的劃分根據(jù)我國煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀及工作面日常管理的要求，將礦井回采工作面的安全水平劃分為4個等級：Ⅰ級安全性好；Ⅱ級安全性一般；Ⅲ級安全性差；Ⅳ級安全性極差。各等級的定性和定量的描述如下：Ⅰ級安全性良好。工作面支架初撐力達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工作面管理質(zhì)量做到“三直、一平、一凈、二暢通”5；巷道變形小，未出現(xiàn)擠、壓、臌等現(xiàn)象，工作面無片幫、冒頂，支架壓力不大，下縮量小，巷道支架未出現(xiàn)壓折；工作面日推進(jìn)距離、人員工效、設(shè)備完好率等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到作業(yè)規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。Ⅱ級安全性一般。工作面支架初撐力達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工作面管理質(zhì)量做到“三直、一平、一凈、二暢通”；巷道變形較小，未出現(xiàn)擠、壓、臌等現(xiàn)象，工

5、作面基本無片幫、冒頂，支架壓力不大，下縮量較小，巷道支架未出現(xiàn)壓折；工作面日推進(jìn)距離、人員工效、設(shè)備完好率等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。Ⅲ級安全性差。工作面支架初撐力達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工作面管理質(zhì)量做到“三直、一平、一凈、二暢通”；巷道變形較小，未出現(xiàn)擠、壓、臌等現(xiàn)象，工作面有片幫但無冒頂，支架壓力較大，下縮量較大，巷道支架未出現(xiàn)壓折；工作面日推進(jìn)距離、人員工效、設(shè)備完好率等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。Ⅳ級安全性極差。工作面支架初撐力大部分達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工作面管理質(zhì)量未做到“三直、一平、一凈、二暢通”；巷道變形較大，出現(xiàn)擠、壓、臌等現(xiàn)象，工作面有片幫與冒頂?shù)目赡埽Ъ軌毫Υ?，下縮量大

6、，巷道支架出現(xiàn)壓折現(xiàn)象；工作面日推進(jìn)距離、人員工效、設(shè)備完好率等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均未達(dá)到規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。3礦井回采工作面安全水平的物元評價方法評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。54應(yīng)用實(shí)例以棗莊礦業(yè)集團(tuán)新源井12101回采工作面為例，利用該模型進(jìn)行綜合評價，從以上評價指標(biāo)可以看出，一些評價指標(biāo)是自然條件所決定的，如回采工作面直接頂?shù)姆€(wěn)定性、老頂?shù)姆€(wěn)定性、采高、采深等；一些評價指標(biāo)是由人所決定的，如設(shè)備完好率、回采工作面的工效、支架中心誤差等。對由人所決定的指標(biāo)在回采過程中每一循環(huán)是不同的，因而取作業(yè)規(guī)程中所規(guī)定的數(shù)據(jù)作為依據(jù)而進(jìn)行評價，這從另一個方面可以來檢驗(yàn)作業(yè)規(guī)程所作的規(guī)定的合理性。新源井12101回采工作

7、面安全水平評價指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)如表2所示。各個指標(biāo)的四級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的評價標(biāo)準(zhǔn)，見表3。4．1數(shù)據(jù)歸一化處理由于各評價指標(biāo)的量化值所在的區(qū)間不完全相同，有的評價指標(biāo)是數(shù)值越小，安全水平越高，而有的則相反。故需對各評價指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理后的綜合評價指標(biāo)的分級值見表4。相應(yīng)地，評價因素的指標(biāo)數(shù)值也需要?dú)w一化處理，其結(jié)果見表5。4．2礦井回采工作面安全水平綜合評價的物元模型確定經(jīng)典矩陣