面向政府監(jiān)管的煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究

何 橋

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司,重慶 400039)

煤與瓦斯突出是我國(guó)礦井的第一殺手,也是政府的重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。近年來(lái),瓦斯事故時(shí)有發(fā)生,仍然嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)[1]。為提高礦井瓦斯災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警防控能力,省級(jí)層面建設(shè)了煤礦事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái);國(guó)家層面,建設(shè)了礦山安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),接入了主要產(chǎn)煤省市煤礦安全監(jiān)控、人員定位等系統(tǒng),初步實(shí)現(xiàn)了瓦斯災(zāi)害“看得見(jiàn)的目標(biāo)”。建立統(tǒng)一、通用的煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型和方法,對(duì)煤礦存在的瓦斯風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行量化評(píng)判,便于不同煤礦、不同風(fēng)險(xiǎn)類別的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比,是開(kāi)展精準(zhǔn)執(zhí)法,提升監(jiān)管能效的重要支撐[2]。

現(xiàn)階段,我國(guó)學(xué)者主要面向煤礦,從“人、機(jī)、環(huán)、管”等方面建立礦井災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系[3]。針對(duì)煤與瓦斯突出事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多是面向煤礦企業(yè),根據(jù)“兩個(gè)四位一體”的綜合防突技術(shù)體系,從煤層物理特性、煤層賦存及開(kāi)采條件以及管理等方面建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系[4-5],評(píng)價(jià)指標(biāo)未與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合,評(píng)價(jià)結(jié)果不能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映煤礦安全瓦斯災(zāi)害現(xiàn)狀,難以為現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)執(zhí)法提供支撐。

1 整體評(píng)價(jià)模型

1.1 指標(biāo)及模型構(gòu)建原則

考慮煤礦監(jiān)管監(jiān)察機(jī)構(gòu)能采集到的各類數(shù)據(jù)情況、煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展水平、當(dāng)前安全評(píng)價(jià)技術(shù)以及日常使用的難易程度,總結(jié)得出所建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判方法應(yīng)具備如下特點(diǎn)[6]。

(1)評(píng)價(jià)模型應(yīng)具有足夠的能反映現(xiàn)實(shí)的能力,能用合適的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則反映煤礦安全生產(chǎn)受大量的、具有復(fù)雜耦合關(guān)系的因素影響的事實(shí)。

(2)模型評(píng)價(jià)依據(jù)應(yīng)該由各種指標(biāo)清晰界定,而不是模糊地評(píng)價(jià)。這樣才能使變化的指標(biāo)對(duì)煤礦安全產(chǎn)生的影響實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映在安全評(píng)分上。

(3)評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)應(yīng)盡可能對(duì)大多數(shù)煤礦適用,且評(píng)價(jià)結(jié)果具有一致性。

(4)優(yōu)先采納可動(dòng)態(tài)持續(xù)采集的數(shù)據(jù),遵循靜態(tài)指標(biāo)為基礎(chǔ)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為研判指標(biāo)的原則,重點(diǎn)考慮指標(biāo)的相對(duì)變化量,兼顧絕對(duì)值。

1.2 整體層次模型

煤與瓦斯突出事故與礦井煤層的瓦斯地質(zhì)條件顯著相關(guān),瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)值變化情況直接反映了礦井瓦斯災(zāi)害動(dòng)態(tài)變化風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建原則,結(jié)合聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)感知規(guī)范和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)要求,基于監(jiān)管部門(mén)能適時(shí)采集的數(shù)據(jù),主要從監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸藓兔号c瓦斯突出地質(zhì)因素兩方面對(duì)礦井煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

(1)瓦斯?jié)舛瘸揎L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。以監(jiān)測(cè)點(diǎn)為對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)?！睹旱V安全規(guī)程》等規(guī)定,根據(jù)礦井瓦斯等級(jí)的不同,需要在采掘工作面、采區(qū)回風(fēng)巷等井下重要地點(diǎn)設(shè)置不同量程、不同門(mén)限值的瓦斯傳感器。因此,采用先分別對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),得出其安全評(píng)分,再根據(jù)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)評(píng)分得出一個(gè)綜合評(píng)分的方法。

(2)原始突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。以各采掘工作面為對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)。突出災(zāi)害一般發(fā)生在采掘工作面,在進(jìn)行煤礦突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí),為了能基于底層數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)得出當(dāng)前煤礦突出風(fēng)險(xiǎn)的總體情況,需要從各個(gè)采煤工作面在防突工作中得到的具體數(shù)據(jù),逐一評(píng)價(jià)各個(gè)采掘工作面的突出危險(xiǎn)性。

由此建立的整體層次模型如圖1所示。

圖1 煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of risk assessment of coal and gas outburst accidents

1.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分機(jī)制

遵循國(guó)家礦山安全監(jiān)察局煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控相關(guān)規(guī)定要求,本模型采用梯度級(jí)別模型,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分將等級(jí)分為高、較高、一般、低4個(gè)等級(jí),并分別用紅、橙、黃、藍(lán)4種顏色標(biāo)識(shí)。即V=(v1,v2,v3,v4),其中v1:高(得分<60),v2:較高(60≤得分<75),v3:一般(75≤得分<85),v4:低(得分≥85)。

1.4 指標(biāo)評(píng)分及權(quán)重確定方法

(1)底層指標(biāo)評(píng)分方法。為便于理解和實(shí)際操作,模型采用百分制進(jìn)行評(píng)分。針對(duì)底層指標(biāo),基于相關(guān)規(guī)范確定各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)。具體方法如下[7]:①對(duì)于連續(xù)指標(biāo),根據(jù)報(bào)警值、斷電值、爆炸極限值等選取各指標(biāo)有代表性的部分值,按從小到大的順序給出其區(qū)間標(biāo)度,同時(shí)給出各臨界值的評(píng)分;然后根據(jù)線性插值法計(jì)算其他值的評(píng)分。②對(duì)于離散變化的量化或非量化指標(biāo),直接對(duì)所有枚舉值評(píng)分。

(2)各指標(biāo)權(quán)重確定方法?，F(xiàn)有的指標(biāo)權(quán)重確定方法多采用層次分析法,該方法主要依賴于專家經(jīng)驗(yàn),主觀性較強(qiáng)。本文采用邏輯回歸模型對(duì)其進(jìn)行修正。

(1)

由式(1)計(jì)算得到礦井瓦斯災(zāi)害處于安全的概率為:

(2)

式中,a1、a2、…、an為回歸系數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)[8]可知,回歸系數(shù)就是體現(xiàn)各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)因子作用于礦井安全性概率權(quán)重的大小,且不同的影響因子相互比較,對(duì)礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概率的影響梯度是與回歸系數(shù)呈正比的。根據(jù)計(jì)算的回歸系數(shù)進(jìn)行歸一化處理,得到各影響因子的權(quán)重。

按照邏輯回歸算法原理,要得到回歸系數(shù),需提供歷史樣本,給定各樣本的瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。樣本中各礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定,主要根據(jù)最近1年監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法發(fā)現(xiàn)的瓦斯災(zāi)害隱患數(shù)量、隱患等級(jí)以及瓦斯事故進(jìn)行綜合判定。結(jié)合煤礦監(jiān)管部門(mén)實(shí)際情況,確定各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)映射規(guī)則見(jiàn)表1。

表1 各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)映射規(guī)則Tab.1 Mapping rules of each risk level

1.5 風(fēng)險(xiǎn)量化總體流程

為保證評(píng)價(jià)結(jié)果與日常監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法隊(duì)情況一致,當(dāng)?shù)V井存在瓦斯災(zāi)害相關(guān)的重大隱患時(shí),則對(duì)應(yīng)評(píng)判項(xiàng)的評(píng)分應(yīng)為0分;如果該重大隱患造成礦井停產(chǎn),則礦井整體瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)應(yīng)為高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)判實(shí)施流程如圖2所示。

圖2 煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)總體流程Fig.2 Overall process for risk assessment of coal and gas outburst accidents

2 礦井瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)

2.1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終評(píng)分計(jì)算方法

監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)險(xiǎn)評(píng)分,應(yīng)不僅反映測(cè)點(diǎn)的整體瓦斯?jié)舛人?也能實(shí)時(shí)反映短期內(nèi)由于瓦斯?jié)舛壬咴斐傻奈ｋU(xiǎn)性增大的事實(shí)。因此,這里通過(guò)如下思路計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全評(píng)分:①監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛刃∮趫?bào)警濃度時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終得分=監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分;②監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛却笥趫?bào)警濃度時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終得分=min{監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛仍u(píng)分,監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分}。

2.1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛仍u(píng)分

監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛仍u(píng)分根據(jù)當(dāng)前瓦斯?jié)舛纫粋€(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》,井下不同瓦斯傳感器設(shè)置地點(diǎn)的瓦斯報(bào)警濃度是不同的,同時(shí)考慮到瓦斯爆炸下限為5%。根據(jù)對(duì)西南地區(qū)的瓦斯監(jiān)測(cè)值分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),80%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛染陀?.2%。同時(shí)按照帕累托法則,確定隸屬度函數(shù)如式(3)所示。

(3)

式中,x為監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛?ca為《煤礦安全規(guī)程》中各類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯報(bào)警濃度。

2.1.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分

風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)累積的過(guò)程,監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分不僅需要考慮當(dāng)前瓦斯?jié)舛?同時(shí)應(yīng)考慮該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史瓦斯?jié)舛茸兓闆r,從而綜合反映該監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛鹊母叩退胶妥兓?guī)律。建立的監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分層次結(jié)構(gòu)如圖3所示[9]。各指標(biāo)的具體含義及隸屬度函數(shù)如下。

(1)瓦斯實(shí)時(shí)濃度。同監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛?見(jiàn)式(3)。

(2)中期移動(dòng)平均值指數(shù)。選用指數(shù)移動(dòng)平均值表征監(jiān)測(cè)點(diǎn)近一段時(shí)間所處的水平。它是以指數(shù)式遞減加權(quán)的移動(dòng)平均,各數(shù)值的加權(quán)影響力隨時(shí)間呈指數(shù)式遞減,越近期的數(shù)據(jù)加權(quán)影響力越重。設(shè)t時(shí)刻的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)值為xt,其對(duì)應(yīng)的指數(shù)移動(dòng)平均值為Et;t-1時(shí)刻的指數(shù)移動(dòng)平均值為Et-1,當(dāng)t>1時(shí),有:

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸揎L(fēng)險(xiǎn)評(píng)判層次結(jié)構(gòu)Fig.3 Risk assessment structure of gas concentration exceeding limit at monitoring points

Et=αxt+(1-α)Et-1

(4)

式中,α為加權(quán)系數(shù),其值越大,遺忘速率越大。

α計(jì)算公式見(jiàn)式(5):

(5)

式中,N為需要進(jìn)行平均的監(jiān)測(cè)周期數(shù)。

本指標(biāo)主要反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的中長(zhǎng)期瓦斯?jié)舛鹊那闆r,選取最近20 d進(jìn)行計(jì)算,其中式(4)中的瓦斯?jié)舛葂t,為測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛让咳站?。該指?biāo)的得分隸屬度函數(shù)同式(3)。

(3)真實(shí)波動(dòng)幅度均值。近日,國(guó)家發(fā)布《八方面措施加強(qiáng)煤與瓦斯突出防治》,要求煤礦采掘作業(yè)過(guò)程中有瓦斯異常情況(瓦斯忽大忽小,變化超過(guò)0.2個(gè)百分點(diǎn))時(shí),要立即停止生產(chǎn),分析原因并制定措施。參考股價(jià)分析時(shí)采用的真實(shí)波動(dòng)幅度均值,表征瓦斯涌出波動(dòng)程度。若監(jiān)測(cè)周期t內(nèi)有多個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),其最大值與最小值之差即為真實(shí)波動(dòng)幅度,即:

Rt=xt,high-xt,low

(6)

為盡可能準(zhǔn)確地衡量瓦斯的波動(dòng)情況,同時(shí)考慮統(tǒng)計(jì)的可操作性,暫選取30 min作為一個(gè)波動(dòng)間隔,計(jì)算最近12 h內(nèi)的波動(dòng)均值。計(jì)算公式如下:

(7)

歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,該特征量絕大多數(shù)處于0.1%以下,占比達(dá)到90%以上;處于0.1%～0.2%的占比約為5%;處于0.2%～0.3%的占比約為1%;大于0.3%的占比低于1%。由此確定該指標(biāo)的隸屬度函數(shù)如下:

(8)

式中,x為12 h瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)幅度均值。

(4)趨勢(shì)偏離指數(shù)。根據(jù)對(duì)瓦斯異常案列研究,得到瓦斯監(jiān)測(cè)值在1周內(nèi)處于較為平穩(wěn)波動(dòng)情況,但是在1個(gè)月、3個(gè)月內(nèi)瓦斯?jié)舛让黠@處于上升趨勢(shì)。由此,采用對(duì)最近3個(gè)月的瓦斯?jié)舛葧r(shí)間序列進(jìn)行最小二乘擬合,根據(jù)擬合斜率值a進(jìn)行量化評(píng)判。同理,根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果,確定隸屬度函數(shù)如下:

S趨勢(shì)偏離指數(shù)=

(9)

式中,a為最小二乘擬合斜率值。

各指標(biāo)的權(quán)重,按照層次分析法和邏輯回歸相結(jié)合的方法進(jìn)行確定。在采用邏輯回歸法計(jì)算權(quán)重時(shí),為便于實(shí)際操作,需要計(jì)算礦井所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值。計(jì)算得到權(quán)重為:瓦斯實(shí)時(shí)濃度0.244 1,中期移動(dòng)平均值指數(shù)0.205 3,真實(shí)波動(dòng)幅度均值0.344 3,趨勢(shì)偏離指數(shù)0.205 3。

2.2 礦井瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

由于井下不同地點(diǎn)發(fā)生瓦斯事故導(dǎo)致后果嚴(yán)重性的差異,同時(shí)為了盡可能讓整體評(píng)價(jià)結(jié)果偏向風(fēng)險(xiǎn)較高的監(jiān)測(cè)值,本文采用加權(quán)調(diào)和平均數(shù)來(lái)計(jì)算礦井瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)。

調(diào)和平均數(shù)是3種畢達(dá)哥拉斯平均(算術(shù)平均數(shù)、幾何平均數(shù)及調(diào)和平均數(shù)的總稱),且總是3種平均數(shù)中最小的一個(gè)。調(diào)和平均數(shù)總是強(qiáng)烈地偏向數(shù)列中最小的元素,從而能削弱大的離群元素的影響、強(qiáng)化小元素的影響 。調(diào)和平均數(shù)計(jì)算公式為:

(10)

加權(quán)調(diào)和平均數(shù)計(jì)算方法為:

(11)

根據(jù)井下瓦斯監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的不同,本文將瓦斯監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為:采掘工作面、采區(qū)回風(fēng)巷道和其他3類。采用專家打分的方式確定各類型權(quán)重,分別為0.5、0.3、0.2。

3 原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 采掘工作面煤與瓦斯原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料[10-14],結(jié)合煤與瓦斯突出領(lǐng)域?qū)＜业慕ㄗh,以及監(jiān)管監(jiān)察容易獲取的數(shù)據(jù),建立采掘工作面煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判體系如圖4所示。

圖4 原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)Fig.4 Hierarchical structure of original outburst hazard risk assessment

(1)瓦斯壓力。瓦斯壓力越大越不安全,參照《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》,以0.74 MPa為臨界值。同時(shí)參考行業(yè)經(jīng)驗(yàn),選取的臨界值及評(píng)分為:1.5 MPa,10分;0.74 MPa,50分;0.2 MPa,90分。

(2)瓦斯含量。煤層瓦斯含量既是衡量煤層瓦斯儲(chǔ)量和涌出量的基礎(chǔ),也是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要參數(shù)之一。參照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》《瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》等,選取的臨界值及評(píng)分為:2 m3/t,90分;8 m3/t,50分;15 m3/t,10分。

(3)煤的破壞類型。煤的破壞類型分為5類,一般認(rèn)為只有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類煤層才具有突出危險(xiǎn)性。設(shè)定指標(biāo)對(duì)應(yīng)評(píng)分為:Ⅰ,90分;Ⅱ,60分;Ⅲ,40分;Ⅳ,20分;Ⅴ,10分。

(4)軟分層堅(jiān)固性系數(shù)。煤層軟分層的堅(jiān)固性系數(shù)表征煤的強(qiáng)度,煤越軟,則其堅(jiān)固性系數(shù)越小,越不安全。同理,參照《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》,將0.5設(shè)為評(píng)分臨界值。共選取區(qū)間值及評(píng)分為:0.2,10分;0.5,50分;1.0,80分;2.0,90分。

(5)瓦斯放散初速度。煤的瓦斯放散初速度表征煤放散瓦斯,進(jìn)而使瓦斯參與做功的快慢,該值越大,越不安全。同理,參照《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》,將10設(shè)為評(píng)分臨界值。共選取區(qū)間值及評(píng)分為:25,10分;10,50分;2,80分。

(6)煤層厚度。煤厚越大,突出危險(xiǎn)性也越大。本文選取煤厚與評(píng)分的區(qū)間臨界值為:0.5 m,90分;2.5 m,50分;5 m,10分。

(7)破煤方式。采掘工作面常見(jiàn)的破煤方式包括機(jī)械破煤(采煤機(jī)、連采機(jī)、綜掘機(jī)落煤)、爆破破煤、風(fēng)鎬破煤和手鎬破煤,它們對(duì)工作面產(chǎn)生擾動(dòng),進(jìn)而誘發(fā)突出災(zāi)害的可能性排序?yàn)?爆破破煤>機(jī)械破煤>風(fēng)鎬破煤>手鎬破煤。給定4種方式得分為:機(jī)械破煤,50分;爆破破煤,20分;風(fēng)鎬破煤,60分;手鎬破煤,80分。

(8)采掘面類型。與突出危險(xiǎn)性相關(guān)的工作面類型主要包括沿走向推進(jìn)的采面、沿傾向仰采采面、沿傾向俯采采面、煤層平巷、煤層上山、煤層下山和石門(mén)揭煤。對(duì)于沿傾向仰采采面和煤巷上山掘進(jìn)面,由于重力的影響,一般更容易發(fā)生突出;石門(mén)揭煤時(shí)也特別容易發(fā)生突出,且突出強(qiáng)度相對(duì)較大。由此設(shè)定各種工作面類型的評(píng)分:沿走向推進(jìn)的采面,50分;沿傾向仰采采面,30分;沿傾向俯采采面,60分;煤層平巷,50分;煤層上山,30分;煤層下山,60分;石門(mén)揭煤,20分。

(9)煤層傾角。煤層傾角越大,越容易發(fā)生突出危險(xiǎn)。本文選取煤層傾角與評(píng)分的臨界值為:0°,90分;12°,50分;45°,10分。

(10)煤層埋深。通常煤層埋深越深,主應(yīng)力越大,煤層及圍巖透氣性越差。我國(guó)大中型煤礦平均開(kāi)采深度約450 m,而突出礦井的采深一般會(huì)更大。參考相關(guān)文獻(xiàn),選取的煤層埋深臨界值及評(píng)分為:300 m,90分;500 m,50分;1 000 m,10分。

(11)地質(zhì)構(gòu)造。斷層和褶皺等地質(zhì)構(gòu)造,特別是對(duì)礦區(qū)或礦井總體上起控制作用的斷層和褶皺,往往對(duì)煤與瓦斯的突出條件及突出點(diǎn)分布具有顯著的作用和明顯的影響。各地質(zhì)構(gòu)造的評(píng)分為:簡(jiǎn)單,90分;中等,70分;復(fù)雜,40分;極復(fù)雜,10分。

同理,采用邏輯回歸和層次分析法相結(jié)合的方法,計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重。①準(zhǔn)則層1各指標(biāo)權(quán)重:煤層物理性質(zhì)0.857 1,煤層賦存及開(kāi)采特性0.142 9。②準(zhǔn)則層2各指標(biāo)權(quán)重:瓦斯壓力0.302 3,瓦斯含量0.184 1,煤的破壞類型0.127 6,軟分層堅(jiān)固性系數(shù)0.136 5,瓦斯放散初速度0.123 0,煤層厚度0.126 5;破煤方式0.139 4,采掘面類型0.123 4,煤層傾角0.163 5,地質(zhì)構(gòu)造0.327 0,煤層埋深0.246 8。

3.2 原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分

同樣,可采用調(diào)和平均數(shù)的方式計(jì)算各采掘工作面得分,得到礦井煤與瓦斯原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分,同式(9)。

4 礦井煤與瓦斯突出事故綜合風(fēng)險(xiǎn)

按照整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)模型,在計(jì)算得到礦井瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)和原始突出危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)后,采用層次分析法計(jì)算礦井整體瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)。按照層次分析法,并結(jié)合動(dòng)態(tài)指標(biāo)優(yōu)先的原則,計(jì)算得到煤與瓦斯突出事故綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為:瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重0.672 5;原始突出危險(xiǎn)性權(quán)重0.327 5。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

依托某省局煤礦事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái),研制了礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判系統(tǒng),對(duì)本文建立的礦井煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)量化評(píng)判模型在轄區(qū)內(nèi)5座礦井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步服務(wù),從礦井安全生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取礦井采掘工作面煤層信息、瓦斯鑒定信息、工作面采掘作業(yè)方式等基礎(chǔ)信息,并同步到事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)。針對(duì)缺乏的采掘面瓦斯地質(zhì)部分?jǐn)?shù)據(jù),則通過(guò)事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊,由各礦井人員定期填報(bào)獲取。同時(shí),從監(jiān)察執(zhí)法系統(tǒng)獲取日常監(jiān)察執(zhí)法隱患、現(xiàn)場(chǎng)處理、執(zhí)法處罰罰款等數(shù)據(jù),并同步到事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)。采用C#,并以Windows服務(wù)方式,研發(fā)瓦斯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判服務(wù),通過(guò)Kafka數(shù)據(jù)服務(wù)總線,適時(shí)獲取數(shù)據(jù),對(duì)礦井監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)、采掘工作面煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)判,通過(guò)報(bào)表、圖表進(jìn)行展現(xiàn),并形成風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告,以簡(jiǎn)報(bào)形式推送給監(jiān)察執(zhí)法人員。

試點(diǎn)轄區(qū)內(nèi)5座礦井均為煤與瓦斯突出礦井,瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大,試點(diǎn)期間,礦井煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)均為較高風(fēng)險(xiǎn),均未發(fā)生瓦斯類傷亡事故。運(yùn)行期間,監(jiān)管監(jiān)察部門(mén)結(jié)合單項(xiàng)指標(biāo)得分情況、瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)得分、煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)得分以及整體礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果,開(kāi)展分級(jí)、分類監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法,執(zhí)法查處隱患與評(píng)價(jià)結(jié)果相一致,有力保障了礦井安全生產(chǎn),提升了監(jiān)管能效。

6 結(jié)論

(1)依據(jù)當(dāng)前省級(jí)監(jiān)管監(jiān)察平臺(tái)可持續(xù)動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù),從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸揎L(fēng)險(xiǎn)和采掘工作面煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn),建立了面向政府監(jiān)管的煤與瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)判體系,并基于監(jiān)察執(zhí)法系統(tǒng)反饋結(jié)果,采用邏輯回歸模型和層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重,評(píng)判結(jié)果符合實(shí)際,具有較強(qiáng)的普適性。

(2)對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸薷髦笜?biāo)的統(tǒng)計(jì)周期以及各指標(biāo),可結(jié)合事故調(diào)查分析結(jié)果和監(jiān)察執(zhí)法情況進(jìn)行修改,以更準(zhǔn)確地判識(shí)礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度,為精準(zhǔn)執(zhí)法提供支撐。