建筑物底壓煤開采安全評價體系研究

陳冬梅 田華 陳瑞峰

摘 要：本文通過層次分析法（AHP），針對建筑物下壓煤開采其資源條件及地質(zhì)因素、采煤設備及輔助系統(tǒng)、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件和安全管理水平及設施5個方面的影響進行評價，建立建筑物下壓煤開采安全評價模型，確定了地表建筑物的覆蓋率對建筑物下壓煤安全開采的影響最大，為安全管理提供一定的參考，并保證建筑物下煤炭開采安全有序進行。

關鍵詞：建筑物下壓煤開采；層次分析法；目標權重

中圖分類號：TD823.83 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0178-03

隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大和可采儲量的減少，建筑物下壓煤問題日益突出，但建筑物下采煤由于采煤環(huán)境的復雜性、地質(zhì)環(huán)境的不確定性，存在很多安全問題[2]，因此對建筑物下壓煤開采的資源條件與地質(zhì)因素、采煤設備與技術水平、地表建筑物及環(huán)境條件等方面進行分析，建立建筑物下壓煤開采安全評價體系，找出影響建筑物下壓煤開采安全的因素就至關重要。

1 建筑物下壓煤開采評價

1.1 建筑物下壓煤開采評價簡述

據(jù)目前不完全統(tǒng)計，我國國有骨干大中型礦井“三下”（建筑物下、水體下、鐵路下）壓煤量達到140億噸以上[3]，其中建筑物下壓煤占整個“三下”壓煤量的60%以上。隨著國家工業(yè)建設的發(fā)展，礦井資源在逐年減少，而建筑物下壓煤量在不斷增加，為保證礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，目前全國已有近百個礦井，數(shù)百個工作面進行了建筑物下的開采。因此，建筑物下壓煤開采的安全問題也逐漸突出。

建筑物下壓煤開采不但引起地表下沉，且對周圍的煤層、井巷、隔水層、地表設施及周圍水系都會造成不同程度的影響和破壞，因此開采之前，對其進行安全開采評價。建筑物下壓煤開采安全評價就是要對影響開采安全的因素進行評價，從而合理地反映影響建筑物下壓煤開采安全的主要因素，從而有針對性地進行安全事故預防，提高建筑物下壓煤開采安全水平。

本文將通過層次分析法（AHP）對建筑物下壓煤開采的資源條件與地質(zhì)因素、采煤設備與技術水平、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件、安全管理水平及設施進行分析，并通過細化，建立建筑物下壓煤開采安全開采評價體系。

1.2 建筑物下壓煤開采評價體系

層次分析法是一種多因素決策分析方法，首先根據(jù)問題的性質(zhì)和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，按照因素間的相互關聯(lián)和隸屬關系分成不同的層次組合，構(gòu)成一個多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析模型。

對于建筑物下壓煤開采這樣的復雜系統(tǒng)而言，需要多個指標組成一個有機的整體。通過建立指標體系來描述系統(tǒng)的發(fā)展狀況，且指標的選擇應遵循以下幾個原則：

第一，先進性原則。指標的設立必須符合煤礦安全生產(chǎn)的先進理念、先進的安全目標以及先進的管理體制。

第二，科學性原則。安全評價體系的創(chuàng)建以及指標的設立必須有充分的科學依據(jù)，能客觀準確地對建筑物下壓煤開采安全程度進行評價。

第三，關聯(lián)性原則。各個評價指標不是獨立存在的，要考慮到其共同的價值取向。

第四，整體性原則。安全評價體系是對壓煤開采整體安全的動態(tài)評估，從而能夠客觀全面了解其安全程度。

2 建筑物下壓煤開采安全評價模型

建筑物下壓煤開采安全評價系統(tǒng)復雜，評價因素很多[4]，且具有不同的類別和層次，屬于多層次目標體系。

2.1 建筑物下壓煤開采安全評價指標體系建立

按照建筑物下壓煤開采的特征建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，該模型分為3層，第一層總目標（D），即建筑物下壓煤開采安全性；第2層為準則層（P），即壓煤開采安全評價的主要準則；第3層為安全評價指標層（A），即具體影響建筑物下壓煤開采安全的各項指標。

安全評價指標重點考察建筑物下壓煤開采中資源條件與地質(zhì)因素、采煤設備與技術水平、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件、安全管理水平及設施5類因素，并進一步細化，建壓煤開采安全評價體系指標層，然后計算各項指標的權重，并對安全評價指標進行總排序。其安全評價指標體系[5，6]見圖1。

2.2 建筑物下壓煤開采安全評價指標權重確定

在指標兩兩比較的基礎上，得出判斷矩陣，然后計算各項指標權重，從而對影響建筑物下壓煤開采安全的因素進行排序。下面以資源條件及地質(zhì)因素中各指標的權重計算為例。

2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

層次分析法的基礎工作是構(gòu)建判斷矩陣，而比較時如何量化、如何更準確反映指標重要性是構(gòu)建判斷矩陣的關鍵。

到目前為止，人們提出了近十種標度，如1-9標度、9/9 -9/1和10/10-18/2分數(shù)標度法，90/8-98/8指數(shù)標度法等。駱正清[8]等對常用1-9標度、9/9-9/1和10/10-18/2分數(shù)標度法，90/8-98/8指數(shù)標度法進行了比較分析，得出其均具有保序性，單一準則下建議用1-9標度，多重準則可用90/8-98/8指數(shù)標度法；儲敏[9]從一致性指標、最大偏差和均方差等對以上4中標度進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)90/8-98/8指數(shù)標度法具有最好的一致性，因此是最為理想的標度。這里引用90/8-98/8指數(shù)標度法及其倒數(shù)標度法對各評價因子的重要性進行量化，標度含義見表1。

在每個層次上，按照表1中的標度方法定量化，建立數(shù)值判斷矩陣，見表2。

2.2.2 計算各指標權重及其最大特征值

首先將判斷矩陣表2的列向量按列歸一化：，（i，j=1，2，…n）；然后將判斷矩陣按行求和：（i，j=1，2，…n），得到：

=[1.068，1.289，1.232，0.774，0.892，0.745]

而后歸一化：（i，j=1，2，…n）；則得到特征向量：=[0.178，0.215，0.205，0.129，0.149，0.124]，為所對應評價指標的權重值。

最后計算最大特征根：（i=1，2，…n），表示向量中第i個向量。得到最大特征根 =6.00。

2.2.3 一致性檢驗

當判斷矩陣的階大于2時，通常難構(gòu)造出滿足一致性的矩陣，也就是需要一致性檢驗[10]。首先計算一致性指標CI：；然后確定平均隨機一致性指標RI（RI取值如表3所示）；

計算隨機一致性比率CR：CR=CI/RI，當CR<0.10時，判斷矩陣具有滿意的一致性；CR≥0.10時，應對判斷矩陣進行適當修正；CR=0時，具有完整的一致性。

將=6.00帶入，CR=0.00<0.10，具有滿意的一致性。

3 建筑物下壓煤開采安全影響因素分析

利用層次分析法（AHP），將分別得到建筑物下壓煤開采安全評價各項指標的權重，從而對影響建筑物下壓煤開采安全的因素進行排序。具體結(jié)果見圖2。

（1）地表建筑物的覆蓋程度對建筑物下壓煤安全開采的影響最大。在開采過程中，地表建筑物的損害是地表的變形傳遞給基礎，從而引起地面建筑物產(chǎn)生相應的變形，若地表建筑物變形過大，將會受到破壞，從而影響安全開采，并帶來很大的經(jīng)濟和社會負面效益，因此，較小的覆蓋率是保證建筑物下壓煤開采安全的主要原因。

（2）煤礦開采首先是人的行為，因此人的主觀性也是安全的主要原因，做好安全教育及培訓就顯得非常重要。其次，煤礦安全制度、安全管理等也對建筑物下壓煤的安全開采有著重大的影響，是導致安全事故發(fā)生的主觀因素。所以應建立健全從業(yè)人員安全教育培訓制度，制定并落實安全生產(chǎn)教育和培訓計劃，保證安全培訓工作正常進行，對主要負責人、安全生產(chǎn)管理人員和特種作業(yè)人員進行專門安全培訓，提高從業(yè)人員安全意識，提高安全作業(yè)。

（3）建筑物下壓煤開采地質(zhì)環(huán)境復雜，礦井所在地巖石質(zhì)量及結(jié)構(gòu)，井下通風、溫度及支護系統(tǒng)等都會對其安全造成很大的影響。影響因素的排序合理的反應了影響建筑物下壓煤安全開采的主要因素，便于管理者參照各項指標權重值衡量其安全狀況，根據(jù)礦山實際情況采取相應的措施，從而保證建筑物下壓煤開采的安全進行。

（4）建筑物下壓煤開采是一個復雜的系統(tǒng)，影響因素的排序合理的反應了影響建筑物下壓煤安全開采的主要因素，具有很大的借鑒意義。但由于開采作業(yè)是一個動態(tài)的過程，將面臨一些不可預知的安全影響因素，因此本文確定的評價指標還要根據(jù)開采實際狀況進行必要的調(diào)整和修正，不同礦區(qū)的安全條件千差萬別，在評價指標的選擇以及權重的確定時，應進行必要的調(diào)整。

4 結(jié)語

本文在構(gòu)建建筑物下壓煤開采安全評價體系的基礎上，采用層次分析法（AHP），針對潛在安全開采影響要素進行分析，對建筑物下壓煤開采的安全評價指標進行排序，并得出以下結(jié)論：

（1）建筑物下壓煤開采是一個綜合性和系統(tǒng)性的復雜問題，本文采用層次分析法，通過目標層—準則層—指標層進行層層分析和評價，采用定性和定量相結(jié)合的方法對各指標進行評價，建立了建筑物下壓煤開采安全評價模型在，一定程度上保證了其客觀性和準確性，為管理層的安全決策提供依據(jù)。

（2）全面考慮了影響建筑物下壓煤安全開采的各種因素，確定了評價指標體系中各指標的權重。影響指標總排序合理地反映了影響開采安全的主要因素，便于各個礦山根據(jù)實際情況采取相應的措施，提高其安全生產(chǎn)水平。

（3）地表建筑物的覆蓋率對建筑物下壓煤安全開采的影響最大，較小的覆蓋率是保證建筑物下壓煤開采安全的主要原因；其次安全教育及培訓、煤礦安全制度、安全管理等也對建筑物下壓煤的安全開采有著重大的影響，是導致安全事故發(fā)生的主觀因素；礦井所在地巖石質(zhì)量及結(jié)構(gòu)，井下通風、溫度及支護系統(tǒng)等都會對其安全造成很大的影響，也是影響建筑物下壓煤安全開采不可忽略的因素。

（4）建筑物下壓煤開采環(huán)境復雜的，而且開采作業(yè)是一個動態(tài)的過程，其安全評價指標需根據(jù)開采實際狀況進行必要的調(diào)整和修正，以確保安全評價的準確性。

參考文獻

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