煤礦水害預警指標體系的構建

劉 捷，姚有利

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同037003）

近年來,我國煤礦在逐年增產的前提下,實現了煤礦死亡人數和百萬噸死亡率的持續下降,煤礦安全狀況呈穩定好轉的態勢，見表1。但煤礦水害事故仍居高不下,并沒有得到有效控制,特別是2011年,連續發生的4起重大水害事故共造成69人死亡,占據全國煤礦重大事故起數和死亡人數百分率的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。

表1 2001-2010年全國煤炭產量和百萬噸死亡率

1 我國煤礦水害事故的特點

由于我國地質復雜,使得煤礦水害成為我國礦井災害重要類型之一，見圖1。近十年間,我國煤礦水害事故的發生起數和死亡人數波動較大,且有上升趨勢,形勢不容樂觀，見圖2。

圖1 中國水害分區

圖2 2001～2010年全國煤礦技術水害起數和死亡人數

我國煤礦水害事故頻發的現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造斷裂帶、巖溶陷落柱、含水層的露頭區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措施和設施不落實、監控監管不落實、違規違章開采以及安全培訓不到位等等。本文認為人為因素是導致煤礦水害事故頻發的主要原因。

2 預警理論的提出[1]

預警理論最早是由1888年的巴黎統計學大會上提出的,當時是以不同色彩評價不同的經濟發展狀態。在我國提出并廣泛應用是在上世紀80年代末90年代初,近幾年才逐步應用于煤礦安全的預測和預防。

預警,簡言之就是對災害進行預測并發出警報[2－3]。具體到煤礦水害的預警系統,主要是通過對以往發生的水害事故進行分析,歸納出誘發水害的危險因素和主要環節,建立一套與之相適應的指標體系,利用數學模型分析出哪些誘因最容易引起水害,最終采取措施預測并控制其發生。

3 指標體系的構建[4]

在遵循目的性、系統性、科學性、預防性以及可行性原則的基礎上,還要考慮到煤礦生產過程中人—機—環的復雜關系,所以在指標體系建立之初,就應充分認識到導致煤礦水害發生的因素眾多,且具有一定的復雜性。

指標體系劃分為一個目標層,4個一級指標,15個二級指標,涉及到的所有指標應盡可能真實的反應煤礦水害的主要特征和基本狀況，見表2。

表2 煤礦水害評價一、二級指標體系

4 建立評價模型

本文用層次分析法[3]評價各個指標之間的關聯程度,并以2010年和2011年10月份之間所發生的10次重大透水事故(死亡10人以上)作為統計數據,通過專家打分,并采用Satty提出的1～9及其倒數的標度方法，見表3,對各個指標進行兩兩比較,構造判斷矩陣,最后依據矩陣來計算出各個因素的權重值。

表3 煤礦水害評價一、二級指標體系

4.1 構造判斷矩陣

4.2 計算權重向量

本文采用方根法計算權重向量,其步驟為:

①計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對列向量M做歸一化處理,得到相對權重向量 W＝（0．5788，0．2824，0．0812，0．0574）T。

③判斷矩陣的一致性檢驗。利用權重向量W右乘A4×4得到AW中的第i個分量,可計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公式進行檢驗。經過計算,最大特征值 λmax＝4．1172;一致性檢驗指標0．0390；隨機一致性指標 RI＝0．90，見表 4;則一致性比率說明文章所建立的判斷矩陣的一致性是可以接受的,證明權重向量的權值分配是合理的。

二級指標的權重的計算方法同上,而且都通過了一致性的檢驗。在人為因素的四個二級指標中,權重向量為 W1＝（0．3674，0．3674，0．1830，0．0812）T;在技術準備的五個二級指標中,權重向量為W2＝（0．0823，0．2643，0．2154，0．1612，0．2768）T;在自然因素的兩個二級指標中,權重向量為W3＝（0．8750，0．1250）T;在管理因素的四個二級指標中,權重向量為 W4＝（0．1855，0．5318，0．1855，0．097）T。

5 結論

表4 隨機一致性指標RI的數值

通過對以上數據進行分析和整理,本文認為在煤礦水害事故的誘發因素中,人為因素所占比例達到了58%,特別是違章作業和違規開采是導致煤礦水害發生的重要原因;技術準備所占比例為28%,其中防治水技術人員的組成和措施的落實,以及生產前期對地質構造和老空(窯)水的勘探也是影響水害發生的直接原因;其他兩個因素雖然所占比例不到20%,但其重要性不可忽視,對雨季“三防”工作和防治水工作的監管監察仍須加大力度。

本文對近幾年所發生的煤礦水害事故進行了分析,總結出一些影響水害事故發生的關聯因素,并構建出一套能真實反映事故發生的指標體系,希望對煤礦水害的預警能有一定參考價值。

[1]張明.煤礦安全預警管理及系統研究[D].太原:太原理工大學，2004.

[2]邵長安,李賀,關欣.煤礦安全預警系統的構建研究[J].煤炭技術,2007,(5):63－65.

[3]劉捷.基于AHP模型的煤礦安全預評價[J].山西大同大學學報：自然科學版,2009，25(3):66－69.

[4]趙珊珊,孫建華.煤礦水害安全評價指標體系[J].煤礦安全,2009(4):127－128.