煤礦水害預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建

劉 捷，姚有利

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

近年來(lái),我國(guó)煤礦在逐年增產(chǎn)的前提下,實(shí)現(xiàn)了煤礦死亡人數(shù)和百萬(wàn)噸死亡率的持續(xù)下降,煤礦安全狀況呈穩(wěn)定好轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)，見(jiàn)表1。但煤礦水害事故仍居高不下,并沒(méi)有得到有效控制,特別是2011年,連續(xù)發(fā)生的4起重大水害事故共造成69人死亡,占據(jù)全國(guó)煤礦重大事故起數(shù)和死亡人數(shù)百分率的44.4%和45.7%。這再次給我們敲響警鐘,煤礦水害防治任重道遠(yuǎn)。

表1 2001-2010年全國(guó)煤炭產(chǎn)量和百萬(wàn)噸死亡率

1 我國(guó)煤礦水害事故的特點(diǎn)

由于我國(guó)地質(zhì)復(fù)雜,使得煤礦水害成為我國(guó)礦井災(zāi)害重要類型之一，見(jiàn)圖1。近十年間,我國(guó)煤礦水害事故的發(fā)生起數(shù)和死亡人數(shù)波動(dòng)較大,且有上升趨勢(shì),形勢(shì)不容樂(lè)觀，見(jiàn)圖2。

圖1 中國(guó)水害分區(qū)

圖2 2001～2010年全國(guó)煤礦技術(shù)水害起數(shù)和死亡人數(shù)

我國(guó)煤礦水害事故頻發(fā)的現(xiàn)狀是多方面原因造成的,具體有充水水源、充水通道以及人為因素這幾個(gè)方面。充水水源主要是指老空(窯)水、大氣降水、地下水及地表水等;充水通道主要是指構(gòu)造斷裂帶、巖溶陷落柱、含水層的露頭區(qū)以及地面塌陷坑和封閉不良的鉆孔等;人為因素是指防水技術(shù)措施和設(shè)施不落實(shí)、監(jiān)控監(jiān)管不落實(shí)、違規(guī)違章開(kāi)采以及安全培訓(xùn)不到位等等。本文認(rèn)為人為因素是導(dǎo)致煤礦水害事故頻發(fā)的主要原因。

2 預(yù)警理論的提出[1]

預(yù)警理論最早是由1888年的巴黎統(tǒng)計(jì)學(xué)大會(huì)上提出的,當(dāng)時(shí)是以不同色彩評(píng)價(jià)不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。在我國(guó)提出并廣泛應(yīng)用是在上世紀(jì)80年代末90年代初,近幾年才逐步應(yīng)用于煤礦安全的預(yù)測(cè)和預(yù)防。

預(yù)警,簡(jiǎn)言之就是對(duì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)并發(fā)出警報(bào)[2－3]。具體到煤礦水害的預(yù)警系統(tǒng),主要是通過(guò)對(duì)以往發(fā)生的水害事故進(jìn)行分析,歸納出誘發(fā)水害的危險(xiǎn)因素和主要環(huán)節(jié),建立一套與之相適應(yīng)的指標(biāo)體系,利用數(shù)學(xué)模型分析出哪些誘因最容易引起水害,最終采取措施預(yù)測(cè)并控制其發(fā)生。

3 指標(biāo)體系的構(gòu)建[4]

在遵循目的性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、預(yù)防性以及可行性原則的基礎(chǔ)上,還要考慮到煤礦生產(chǎn)過(guò)程中人—機(jī)—環(huán)的復(fù)雜關(guān)系,所以在指標(biāo)體系建立之初,就應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到導(dǎo)致煤礦水害發(fā)生的因素眾多,且具有一定的復(fù)雜性。

指標(biāo)體系劃分為一個(gè)目標(biāo)層,4個(gè)一級(jí)指標(biāo),15個(gè)二級(jí)指標(biāo),涉及到的所有指標(biāo)應(yīng)盡可能真實(shí)的反應(yīng)煤礦水害的主要特征和基本狀況，見(jiàn)表2。

表2 煤礦水害評(píng)價(jià)一、二級(jí)指標(biāo)體系

4 建立評(píng)價(jià)模型

本文用層次分析法[3]評(píng)價(jià)各個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度,并以2010年和2011年10月份之間所發(fā)生的10次重大透水事故(死亡10人以上)作為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),通過(guò)專家打分,并采用Satty提出的1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法，見(jiàn)表3,對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造判斷矩陣,最后依據(jù)矩陣來(lái)計(jì)算出各個(gè)因素的權(quán)重值。

表3 煤礦水害評(píng)價(jià)一、二級(jí)指標(biāo)體系

4.1 構(gòu)造判斷矩陣

4.2 計(jì)算權(quán)重向量

本文采用方根法計(jì)算權(quán)重向量,其步驟為:

①計(jì)算矩陣每一行元素的幾何平均值,得到向量 M＝（m1，m2，m3，m4）;其中

②對(duì)列向量M做歸一化處理,得到相對(duì)權(quán)重向量 W＝（0．5788，0．2824，0．0812，0．0574）T。

③判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。利用權(quán)重向量W右乘A4×4得到AW中的第i個(gè)分量,可計(jì)算出判斷矩陣的最大特征值然后利用判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)公式進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,最大特征值 λmax＝4．1172;一致性檢驗(yàn)指標(biāo)0．0390；隨機(jī)一致性指標(biāo) RI＝0．90，見(jiàn)表 4;則一致性比率說(shuō)明文章所建立的判斷矩陣的一致性是可以接受的,證明權(quán)重向量的權(quán)值分配是合理的。

二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重的計(jì)算方法同上,而且都通過(guò)了一致性的檢驗(yàn)。在人為因素的四個(gè)二級(jí)指標(biāo)中,權(quán)重向量為 W1＝（0．3674，0．3674，0．1830，0．0812）T;在技術(shù)準(zhǔn)備的五個(gè)二級(jí)指標(biāo)中,權(quán)重向量為W2＝（0．0823，0．2643，0．2154，0．1612，0．2768）T;在自然因素的兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)中,權(quán)重向量為W3＝（0．8750，0．1250）T;在管理因素的四個(gè)二級(jí)指標(biāo)中,權(quán)重向量為 W4＝（0．1855，0．5318，0．1855，0．097）T。

5 結(jié)論

表4 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的數(shù)值

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理,本文認(rèn)為在煤礦水害事故的誘發(fā)因素中,人為因素所占比例達(dá)到了58%,特別是違章作業(yè)和違規(guī)開(kāi)采是導(dǎo)致煤礦水害發(fā)生的重要原因;技術(shù)準(zhǔn)備所占比例為28%,其中防治水技術(shù)人員的組成和措施的落實(shí),以及生產(chǎn)前期對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和老空(窯)水的勘探也是影響水害發(fā)生的直接原因;其他兩個(gè)因素雖然所占比例不到20%,但其重要性不可忽視,對(duì)雨季“三防”工作和防治水工作的監(jiān)管監(jiān)察仍須加大力度。

本文對(duì)近幾年所發(fā)生的煤礦水害事故進(jìn)行了分析,總結(jié)出一些影響水害事故發(fā)生的關(guān)聯(lián)因素,并構(gòu)建出一套能真實(shí)反映事故發(fā)生的指標(biāo)體系,希望對(duì)煤礦水害的預(yù)警能有一定參考價(jià)值。

[1]張明.煤礦安全預(yù)警管理及系統(tǒng)研究[D].太原:太原理工大學(xué)，2004.

[2]邵長(zhǎng)安,李賀,關(guān)欣.煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建研究[J].煤炭技術(shù),2007,(5):63－65.

[3]劉捷.基于AHP模型的煤礦安全預(yù)評(píng)價(jià)[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2009，25(3):66－69.

[4]趙珊珊,孫建華.煤礦水害安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].煤礦安全,2009(4):127－128.