基于物元分析的矿井回采工作面

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1、基于物元分析的矿井回采工作面安全性评价方法研究我国是世界上少数以煤为主要能源的国家之一，在能源的消费结构中煤炭始终占70％以上，据专家估计这一消费结构在未来的20～30年内不会改变。近几年随着我国经济的持续增长，对煤炭能源的需求也越来越大，需求缺口也越来越大，超强度开采成为各煤矿企业增加产量的主要途径，从而造成了煤矿事故的不断发生，给国家和人民生命财产造成了巨大损失，仅2004年1年内，全国煤矿发生事故3639起，死亡6027人[1]。煤矿安全事故的频发引起了国家政府的高度重视，安全问题已经超过效益成为煤矿生产中的首要关注对象。在煤矿顶板、瓦斯、水、火、煤尘等5大灾害中，工作面顶板事故又占绝大

2、部分，而回采工作面顶板事故的发生是煤炭赋存的自然条件、开采的机械化水平以及管理水平等多种因素共同作用的结果。以往的研究主要以某一因素为主建立单因素的模型进行预警预测[2-4]，在准确性与预警方面未能起到其应有的作用。因此有效地控制回采工作面安全事故的发生，必须首先对影响回采工作面安全生产的因素进行分析、归纳与总结，并据此构建合适的矿井回采工作面安全水平评价指标体系，进而建立综合评价模型与评价方法来对回采工作面的安全水平进行综合评价，并据此采取相应的措施，来消除或减少回采工作面生产中的安全隐患，避免重大或特大煤矿事故的发生，以保证安全生产，提高煤炭企业的经济效益。51矿井回采工作面安全水平评价指

3、标体系影响回采工作面安全生产的因素是多方面的[5]，可以从宏观上将其分为3类：①反映矿山压力大小与集中程度的因素，如直接顶和老顶的稳定性、采高、开采深度、煤矿倾角等。②体现支架性质与作用能力的因素，如初撑力、支架直线误差、支架中心误差及端面距等。③使二者协调一致并达到最佳工作状态的管理水平因素，目前衡量回采工作面管理水平的主要指标有日进度、设备完好率、工作面效率等。这3个方面无论是哪一方面出现了问题都将对回采工作面安全生产造成威胁。因此矿井回采工作面安全水平评价指标体系的构建应从这3个方面进行设计，共分3层，即目标层、准则层和指标层，共设计了12项评价指标。如图1所示。2矿井回采工作面安全水平

4、级别的划分根据我国煤矿安全生产的现状及工作面日常管理的要求，将矿井回采工作面的安全水平划分为4个等级：Ⅰ级安全性好；Ⅱ级安全性一般；Ⅲ级安全性差；Ⅳ级安全性极差。各等级的定性和定量的描述如下：Ⅰ级安全性良好。工作面支架初撑力达到规定标准，工作面管理质量做到“三直、一平、一净、二畅通”5；巷道变形小，未出现挤、压、臌等现象，工作面无片帮、冒顶，支架压力不大，下缩量小，巷道支架未出现压折；工作面日推进距离、人员工效、设备完好率等技术质量指标均达到作业规程规定的标准。Ⅱ级安全性一般。工作面支架初撑力达到规定标准，工作面管理质量做到“三直、一平、一净、二畅通”；巷道变形较小，未出现挤、压、臌等现象，工

5、作面基本无片帮、冒顶，支架压力不大，下缩量较小，巷道支架未出现压折；工作面日推进距离、人员工效、设备完好率等技术质量指标均达到规程规定的标准。Ⅲ级安全性差。工作面支架初撑力达到规定标准，工作面管理质量做到“三直、一平、一净、二畅通”；巷道变形较小，未出现挤、压、臌等现象，工作面有片帮但无冒顶，支架压力较大，下缩量较大，巷道支架未出现压折；工作面日推进距离、人员工效、设备完好率等技术质量指标均达到规程规定的标准。Ⅳ级安全性极差。工作面支架初撑力大部分达不到规定标准，工作面管理质量未做到“三直、一平、一净、二畅通”；巷道变形较大，出现挤、压、臌等现象，工作面有片帮与冒顶的可能，支架压力大，下缩量大

6、，巷道支架出现压折现象；工作面日推进距离、人员工效、设备完好率等技术质量指标均未达到规程规定的标准。3矿井回采工作面安全水平的物元评价方法评价标准如表1所示。54应用实例以枣庄矿业集团新源井12101回采工作面为例，利用该模型进行综合评价，从以上评价指标可以看出，一些评价指标是自然条件所决定的，如回采工作面直接顶的稳定性、老顶的稳定性、采高、采深等；一些评价指标是由人所决定的，如设备完好率、回采工作面的工效、支架中心误差等。对由人所决定的指标在回采过程中每一循环是不同的，因而取作业规程中所规定的数据作为依据而进行评价，这从另一个方面可以来检验作业规程所作的规定的合理性。新源井12101回采工作

7、面安全水平评价指标的具体数据如表2所示。各个指标的四级指标标准值的评价标准，见表3。4．1数据归一化处理由于各评价指标的量化值所在的区间不完全相同，有的评价指标是数值越小，安全水平越高，而有的则相反。故需对各评价指标和评价标准进行归一化处理，归一化处理后的综合评价指标的分级值见表4。相应地，评价因素的指标数值也需要归一化处理，其结果见表5。4．2矿井回采工作面安全水平综合评价的物元模型确定经典矩阵