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煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及 預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究 Research on Risk Evaluation and Forecast System Development of Gas Explosion in Coal Mine 桂祥友 ( 教授，博士 ) 貴州大學(xué),本文主線 1 緒論 2 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)理論與方法 3 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源分析 4 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論與方法研究 5 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 6 結(jié)論,,煤礦企業(yè)內(nèi)部對(duì)瓦斯危險(xiǎn)性的辨識(shí)、評(píng)價(jià)研究不夠深入，同時(shí)我國(guó)煤礦企業(yè)瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和其他行業(yè)相比，尚處于初級(jí)階段，致使目前在煤礦安全生產(chǎn)中難于準(zhǔn)確地把握煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的重大隱患及薄弱環(huán)節(jié)，難以采取針對(duì)性的預(yù)防措施。 因此，煤礦企業(yè)內(nèi)部如何結(jié)合煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立煤礦瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的非線性、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型、建立有效的評(píng)價(jià)理論和方法對(duì)煤礦瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、如何進(jìn)行評(píng)價(jià)程序的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、建立計(jì)算機(jī)瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)已成為是一個(gè)迫切需要解決的新課題。,1 緒 論,1.1 問(wèn)題的提出,1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),安全評(píng)價(jià)首先在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)于保險(xiǎn)行業(yè)，20世紀(jì)60年代是開(kāi)始全面、系統(tǒng)地研究企業(yè)、裝置和設(shè)施安全評(píng)價(jià)原理與方法的歷史階段。 60年代后期，以概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(PRA)為代表的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)技術(shù)得到了研究和開(kāi)發(fā)。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，特別是數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的安全評(píng)價(jià)方法得到了發(fā)展和投入應(yīng)用，并拓展了原有的方法和應(yīng)用范圍，如模糊故障樹(shù)分析、模糊概率法等。應(yīng)用計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的安全評(píng)價(jià)等。,國(guó)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),我國(guó)煤礦安全評(píng)價(jià)工作起始于1981年，與其他行業(yè)相比，時(shí)間上幾乎同步，但研究規(guī)模、深入程度要落后于其他（化工、冶金）行業(yè)。目前煤礦采用的安全評(píng)價(jià)方法，從評(píng)價(jià)方法的原理與具體算法角度分析，大多采用傳統(tǒng)的理論方法，或借用其他行業(yè)的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)處理煤礦的特殊問(wèn)題，均存在一定的局限性，主要是事故樹(shù)分析法和安全檢查表法（安全評(píng)價(jià)資質(zhì)中心大都采用安全檢查表法），其研究?jī)?nèi)容主要集中于安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)性工作，對(duì)安全評(píng)價(jià)的理論和技術(shù)研究等尚不夠深入。,安全評(píng)價(jià)的發(fā)展將集中在以下幾個(gè)方面：,評(píng)價(jià)技術(shù)的研究； 安全評(píng)價(jià)范疇方面。安全系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)原理，從時(shí)間維上將安全評(píng)價(jià)劃分為四大類型。即安全預(yù)評(píng)價(jià)、綜合管理現(xiàn)狀安全評(píng)價(jià)、重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)和事故原因分析評(píng)價(jià)； 組織管理方面的研究。政府為主導(dǎo)，組織開(kāi)展工業(yè)安全評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范和管理標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作。,本文研究的內(nèi)容： 鑒于我國(guó)對(duì)煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀，本文開(kāi)發(fā)了與評(píng)價(jià)方法相對(duì)應(yīng)的煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)，為煤礦企業(yè)內(nèi)部能夠?qū)ν咚刮ｋU(xiǎn)性評(píng)價(jià)做到準(zhǔn)確、科學(xué)與快捷開(kāi)辟了道路。 本文研究的方法： 本文提出了的瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法（模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色理論），能對(duì)煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行定量分析，對(duì)系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)、危害的可能性進(jìn)行危險(xiǎn)程度的確定。,1.3 本文研究?jī)?nèi)容、方法 和意義,研究意義： 本文提出的煤礦瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的思路與方法，旨在建立一種全新的瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模式，建立一個(gè)全新的、快速反應(yīng)的瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)，這將為煤礦安全管理決策提供快捷和科學(xué)的決策信息，及時(shí)預(yù)測(cè)、控制事故、減少事故損失。通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，對(duì)煤礦作好瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、事故預(yù)防、指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)具有重要的理論意義。,,2 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)理論與方法 2.1 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè),礦井瓦斯涌出量,其大小不僅取決于煤層瓦斯含量，而且與一系列的瓦斯地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件有關(guān)。同一煤層即使瓦斯含量相同，但由于采掘布置和采煤方法、采掘工藝、采掘時(shí)間的不同，瓦斯含量相同的層，由于煤層的特征和含煤巖系中各煤層組合關(guān)系的不同，瓦斯涌出量也有差異。因此礦井瓦斯涌出量是一個(gè)多因素影響的參數(shù)，且是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。,建井過(guò)程中，煤層巷道掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)分析資料表明：瓦斯主要來(lái)源于煤壁涌出，而煤壁瓦斯主要取決于煤壁的暴露時(shí)間和裂隙發(fā)育程度，其規(guī)律為，與普通掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出一樣，綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面的瓦斯由兩部分組成，即巷道煤壁和掘進(jìn)落煤瓦斯涌出。 煤壁瓦斯涌出量隨暴露時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減； 煤壁瓦斯涌出量隨暴露面積(或長(zhǎng)度)的增大而增加； 巷道接近構(gòu)造影響帶或裂隙發(fā)育帶時(shí)，瓦斯涌出量會(huì)突然增高。,2.2 煤礦瓦斯涌出規(guī)律,2.3 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法的選擇,以下介紹幾種常用的預(yù)測(cè)方法。 判斷預(yù)測(cè)法： 專家評(píng)估法： 市場(chǎng)調(diào)查法： 情景分析法： 回歸分析法： 灰色預(yù)測(cè)方法：,2.4 預(yù)測(cè)理論和預(yù)測(cè)方法,,2.4.1 模糊預(yù)測(cè)方法 煤礦瓦斯事故危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)比較典型的涉及多因素的綜合判斷問(wèn)題，其結(jié)論也存在著模糊性，只能用一個(gè)數(shù)值區(qū)域來(lái)表示，多級(jí)模糊綜合評(píng)判法能夠較好地處理多因素、模糊性及主觀判斷等問(wèn)題，因此，多級(jí)模糊綜合評(píng)判法是危險(xiǎn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的有效方法。為了得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，首先要確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，即確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性。然后根據(jù)實(shí)際情況給出各方案的單指標(biāo)評(píng)價(jià)值。最后，要將單指標(biāo)的評(píng)價(jià)值按其權(quán)值綜合起來(lái)，得到各方案的綜合評(píng)價(jià)值。,2.4.2 灰色預(yù)測(cè)方法,在一個(gè)相對(duì)時(shí)期內(nèi)瓦斯涌出量主要隨時(shí)間變化，因此，根據(jù)礦井通風(fēng)報(bào)表，可以有效地預(yù)測(cè)且排除煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯涌出量，并在礦井瓦斯爆炸前能夠及時(shí)地采取切實(shí)可行的措施，防止事故發(fā)生和發(fā)展、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤礦井下的瓦斯涌出量。而灰色系統(tǒng)則可以不考慮上述因素的影響，只是利用有限信息（已有的瓦斯涌出資料），借助灰色災(zāi)變預(yù)測(cè)模型進(jìn)行研究，來(lái)預(yù)測(cè)礦井未來(lái)瓦斯涌出量大小和災(zāi)害時(shí)間，即簡(jiǎn)便又直觀。,3 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源分析,3.1 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 3.1.1 瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的性質(zhì) 動(dòng)態(tài)性； 非線性； 評(píng)價(jià)單元的復(fù)雜性。,3.1.2 瓦斯爆炸三類危險(xiǎn)源概述,瓦斯固有危險(xiǎn)源，如瓦斯涌出量（第一類危險(xiǎn)源）； 存在引燃瓦斯的點(diǎn)火源（第二類危險(xiǎn)源）； 環(huán)境中氧氣的濃度大于12％（第二類危險(xiǎn)源）； 瓦斯?jié)舛忍幱诒O限范圍內(nèi)（第二類危險(xiǎn)源）； 管理缺陷（第三類危險(xiǎn)源）。,3.1.3 瓦斯爆炸事故中第三類危險(xiǎn)源分析,安全管理方面存在的問(wèn)題可以概括為兩方面，一是管理決策和管理方式失誤，二是管理系統(tǒng)存在嚴(yán)重缺陷，與瓦斯危險(xiǎn)源誘發(fā)事故有關(guān)的主要表現(xiàn)： 不嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》中關(guān)于預(yù)防瓦斯的規(guī)定，致使瓦斯積聚； 未按操作規(guī)程進(jìn)行電氣等易產(chǎn)生火花設(shè)備的操作規(guī)定進(jìn)行操作； 通風(fēng)系統(tǒng)缺陷，不能有效排除生產(chǎn)過(guò)程中涌出的瓦斯； 在處理諸如排放瓦斯等危險(xiǎn)現(xiàn)象的過(guò)程中，違章指揮和違章操作； 在處理瓦斯爆炸事故過(guò)程中，出現(xiàn)違章指揮，致使瓦斯爆炸事故的傷亡人數(shù)增加，事故波及范圍擴(kuò)大； 處理其他事故中，忽視瓦斯因素，誘發(fā)瓦斯爆炸事故。,3.2 煤礦瓦斯爆炸事故機(jī)制分析 3.2.1 礦井瓦斯爆炸事故圖,3.2.2 礦井瓦斯的存在狀態(tài)、性質(zhì)及危害,瓦斯通常以游離狀態(tài)（自由狀態(tài)）和吸附狀態(tài)（結(jié)合狀態(tài)）存在于煤體之中。瓦斯無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭，常積聚在巷道的頂部，上山掘進(jìn)面及頂板冒落空洞中。瓦斯本身無(wú)毒，但不能供人呼吸，瓦斯不助燃，但與空氣混合達(dá)到一定濃度后，遇到高溫火焰時(shí)能夠燃燒或爆炸。在壓力不變的情況下，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到43％時(shí)，氧氣濃度就會(huì)被沖淡到12％，人就會(huì)感到呼吸困難；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到57％時(shí)，氧氣濃度就會(huì)降到9％，這時(shí)人若誤入其中，短時(shí)間就會(huì)缺氧窒息而死。,,3.2.3 瓦斯爆炸的實(shí)質(zhì),瓦斯爆炸的實(shí)質(zhì)，就是一定數(shù)量的瓦斯與空氣中的氧氣進(jìn)行劇烈化學(xué)反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中能產(chǎn)生巨大的沖擊波和響聲，可使沿途巷道支架和設(shè)備受到損壞，人員出現(xiàn)傷亡。瓦斯爆炸有十分嚴(yán)重的危害性和破壞性，為煤礦各種災(zāi)害之一。,3.2.4 瓦斯爆炸的基本條件,瓦斯爆炸必須具備三個(gè)基本條件，缺一不可。一是空氣中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5％～16％；二是要有溫度為650～750℃的引爆火源；三是空氣中氧含量不低于12％。,3.2.5 瓦斯爆炸界限,瓦斯爆炸是有一定濃度范圍的，只有在5％～16％這個(gè)濃度范圍內(nèi)，瓦斯才能爆炸，這個(gè)范圍稱為瓦斯爆炸界限。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?％時(shí)，只能燃燒，不能爆炸；當(dāng)瓦斯?jié)舛雀哂?6％時(shí)，只能有一部分的瓦斯與氧氣發(fā)生反應(yīng)，因所生成的熱量還會(huì)被多余的瓦斯和周圍介質(zhì)吸收而降溫，所以也不能爆炸。,3.2.7 影響瓦斯爆炸的主要因素及原因,影響瓦斯爆炸的因素很多、很復(fù)雜，其主要因素有： (1)可燃性氣體的混入； (2)爆炸性煤塵的混入； (3)惰性氣體的混入； (4)混合氣體的初始溫度（即爆炸發(fā)生前混合氣體的溫度）； (5)瓦斯?jié)舛扰c引火溫度； (6)混合氣體的壓力。 引起瓦斯爆炸的主要原因： 瓦斯爆炸由3個(gè)方面的因素促成的，即瓦斯積聚、引爆火源和管理工作不善、某些人員的失職。,,3.2.8 井下容易發(fā)生瓦斯爆炸的地點(diǎn),井下任何地點(diǎn)都有發(fā)生瓦斯爆炸的可能， 掘進(jìn)工作面 回采工作面上隅角,3.2.9 瓦斯爆炸的危害,爆炸產(chǎn)生高溫。 爆炸產(chǎn)生高壓。 爆炸產(chǎn)生大量有害氣體。 瓦斯爆炸發(fā)生后，在爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓的作用下，爆源附近的氣體以極大的速度向四周擴(kuò)散，形成巨大的正向沖擊。,煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論與方法研究 4.1 模糊綜合評(píng)價(jià)原理 4.1.1多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法的基本原理（略） 4.1.2危險(xiǎn)因素及其權(quán)重的確定 1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重 (1)“窮盡成對(duì)比較法”確定各因素的權(quán)重； (2)層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。 2)評(píng)價(jià)指標(biāo)的處理 各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重分配或重要性排序。確定權(quán)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于表4.1中。,,表4.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)分析結(jié)果,要確定因素集中每一因素隸屬于的程度，可以借鑒模糊控制中常用的隸屬函數(shù)確定方法，依據(jù)概率分布的規(guī)律，預(yù)先構(gòu)造各因素隸屬度模糊子集，當(dāng)然構(gòu)造需要一定的經(jīng)驗(yàn)，不是憑空捏造，同時(shí)經(jīng)檢驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)一步完善，得到較為接近真實(shí)情況的隸屬度。隸屬函數(shù)的確定帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性和主觀成分，并具有一定的客觀規(guī)律性。,將專家評(píng)分值代入上述隸屬函數(shù)公式可得到以下隸屬度：,,…… …… …… …… …… …… ……,從而可得模糊關(guān)系矩陣:,4.1.4應(yīng)用舉例 第一類危險(xiǎn)源、第二類危險(xiǎn)源、第三類危險(xiǎn)源因素一起考慮，評(píng)價(jià)某礦巷道瓦斯危險(xiǎn)源事故風(fēng)險(xiǎn)大小。由表4.1可知權(quán)向量分別為：,A＝(0.1851，0.2822，0.5287)； A1＝(0.3331，0.0774，0.1202，0.1202，0.1202，0.2389)； A2＝(0.1169，0.4223，0.2339，0.1587，0.0681)； A3＝(0.1250，0.1250，0.1250，0.1250，0.2500，0.1250， 0.1250)。 對(duì)6條巷道分別針對(duì)作單因素評(píng)價(jià)，將表4.2專家評(píng)分值代入隸屬函數(shù)公式可以得到隸屬度及模糊關(guān)系矩陣。具體計(jì)算如下：用上標(biāo)來(lái)區(qū)分巷道，用下標(biāo)來(lái)區(qū)分危險(xiǎn)源種類，第一條回順巷道瓦斯事故風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算如下：,表3.2 6條巷道專家評(píng)分計(jì)算結(jié)果,對(duì)作歸一化處理得：,,達(dá)到安全水平。,同理可以算出2?！?＃巷道瓦斯事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果：,,達(dá)到安全水平。,,達(dá)到安全水平。,,達(dá)到安全水平。,,達(dá)到安全水平。,,達(dá)到安全水平。,評(píng)價(jià)結(jié)果越大事故風(fēng)險(xiǎn)越小，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以看出，巷道瓦斯事故風(fēng)險(xiǎn)順序如下： 3#4#1#5#2#6# 通常情況下，如果評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般安全”以下等級(jí)，就判巷道瓦斯事故風(fēng)險(xiǎn)程度較大，必須及時(shí)采取整改措施，達(dá)到要求才能開(kāi)采。,4.2 瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)與預(yù)警 4.2.1 灰色系統(tǒng)的特點(diǎn) 眾所周知，描述和研究系統(tǒng)的理論和方法很多，灰色系統(tǒng)理論則是其中的一種，屬于系統(tǒng)論的范疇。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)和生物等許多系統(tǒng)，是根據(jù)研究對(duì)象所屬的領(lǐng)域和范圍命名的，而灰色系統(tǒng)則是按顏色來(lái)命名的。充分利用已知信息尋求系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 用灰色數(shù)學(xué)來(lái)確定不確定量并使之量化； 灰色系統(tǒng)理論能夠處理貧信息系統(tǒng)。 4.2.2灰色預(yù)測(cè)模型的類型及其模型的建立（略）,4.2.3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)應(yīng)用實(shí)例 利用灰色災(zāi)變預(yù)測(cè)理論，對(duì)該礦歷年礦井工作面瓦斯涌出資料進(jìn)行分析、研究建立煤礦瓦斯涌出量灰色預(yù)測(cè)模型，并對(duì)礦井瓦斯涌出量變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。2004年8月回采工作面瓦斯涌出量如表4.4所示。 表4.4 2004年8月瓦斯涌出量實(shí)測(cè)值與累加值序列 根據(jù)以上建模方法，可以求得白化形式微分方程的解為： 預(yù)測(cè)及精度檢驗(yàn)如表4.5所示。,由表4.5可知，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差較大，因此，建立殘差GM(1,1)模型進(jìn)行修正。修正后的時(shí)間相應(yīng)函數(shù)為： 其中：,表4.5 預(yù)測(cè)及精度檢驗(yàn) 單位：m3/min,表4.6 修正后的預(yù)測(cè)值及精度檢驗(yàn) 單位：m3/min,預(yù)測(cè)序列與實(shí)際序列作比較，并繪出曲線如圖4－6所示，檢驗(yàn)擬合精度，以相對(duì)誤差大小可以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃浴?由表4－5與表4－6對(duì)比可以看出，模型經(jīng)修正后，最大誤差得到了控制，并且小于2.5％。顯然，修正后的預(yù)測(cè)模型比原來(lái)GM(1,1)模型的精度有了明顯提高。,根據(jù)式 我們可以對(duì)該工作面9月1、2日等近期的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)k＝8和k＝9時(shí)我們可以得出1日和2日的瓦斯涌出量大概為：14.7181m3/min、14.7850m3/min。,4.2.4 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)值與實(shí)際值比較分析,預(yù)測(cè)的9月1、2兩日的瓦斯涌出量與前七天的瓦斯含量相比，無(wú)明顯變化。根據(jù)該礦實(shí)際情況，以平均瓦斯涌出量大于16m3/min為災(zāi)害性涌出量，而此時(shí)的瓦斯預(yù)測(cè)值與前幾天的平均值相差不多，因此此時(shí)不報(bào)警。我們可認(rèn)為1、2兩日的瓦斯涌出量不會(huì)發(fā)生異常，現(xiàn)有的瓦斯防范措施可以保障該煤礦井下安全生產(chǎn)工作，現(xiàn)有的防治瓦斯的措施保持即可，不必添加新的防范措施。通過(guò)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際獲得的9月1、2日的瓦斯涌出量為14.6123m3/min、14.7005m3/min，這與預(yù)測(cè)值基本一致。,4.3灰色關(guān)聯(lián)分析方法在巷道瓦斯危險(xiǎn)性分析中的應(yīng)用 關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)分析、預(yù)測(cè)和決策的基礎(chǔ)。在運(yùn)用上述方法分析研究危險(xiǎn)源的同時(shí)，有必要運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)評(píng)價(jià)巷道瓦斯危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)程度，作為分析事故危險(xiǎn)源的補(bǔ)充，以使危險(xiǎn)源定量分析工作進(jìn)一步完善。 4.3.1關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度 對(duì)于一個(gè)參考數(shù)列，往往有數(shù)個(gè)比較數(shù)列，因此可以用下述關(guān)系式表示各比較曲線與參考曲線在各點(diǎn)(或時(shí)刻)的差。關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式如下： 如果令 表示時(shí)刻各因素間的絕對(duì)值,則常用的計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)的公式為：,式中： 為第k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)；k為分辨系數(shù)，一般 通常K=0.5～1，本章取K=1； 、 為各個(gè)時(shí)刻的絕對(duì)差中 的最大值與最小值。 4.3.2 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的處理方法 在計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)之前，應(yīng)該首先對(duì)原始數(shù)據(jù)作無(wú)量綱化處理，既可以使數(shù)列無(wú)量綱，又可以得到公共交點(diǎn)。對(duì)于常用的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法主要有初值化處理、規(guī)格化處理和均值化處理。本文采用初值化處理： 4.3.3關(guān)聯(lián)度的概念 關(guān)聯(lián)系數(shù)只表示各時(shí)刻數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)程度，由于它過(guò)于分散，不便于比較，因此用其平均值作為集中化處理的一種方法。關(guān)聯(lián)度的一般表達(dá)式為：,4.3.4 巷道瓦斯危險(xiǎn)性灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用實(shí)例 選取3條巷道與一條標(biāo)準(zhǔn)巷道，來(lái)比較瓦斯危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)程度大小。以一條標(biāo)準(zhǔn)巷道三班風(fēng)量、濃度、涌出量與三條參評(píng)巷道三班風(fēng)量、濃度、涌出量比較，分析巷道瓦斯危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)程度大小.,設(shè) 為標(biāo)準(zhǔn)序列， 、 、 為參評(píng)序列。根據(jù)以上計(jì)算式和表3.7的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算結(jié)果如表3.8～3.11所示。,表3.7 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列和參評(píng)數(shù)據(jù)序列,表3.8 初始化處理后的數(shù)據(jù),表3.9 計(jì)算所得的級(jí)差數(shù)據(jù),表3.10 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果,表3.11 關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果,由表3.11關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序，可知三條巷道瓦斯安全程度:,關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值越接近，因此其安全狀況也越好。所以1＃巷道瓦斯危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)程度最小，3＃巷道瓦斯危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)程度最大。同時(shí)，通過(guò)表4.11和表4.7的比較，我們可以看出，第三條參評(píng)巷道三班的瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽慷即笥跇?biāo)準(zhǔn)巷道，相反風(fēng)量卻小于標(biāo)準(zhǔn)巷道的風(fēng)量，所以該巷道的風(fēng)險(xiǎn)程度大。,,5煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 瓦斯危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)決策支持系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。,圖5-1 瓦斯危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)決策支持系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 5.1 巷道瓦斯事故危險(xiǎn)源評(píng)價(jià) 1)評(píng)價(jià)模型 評(píng)價(jià)模型如圖5－1所示，在某一指標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，可以進(jìn)行指標(biāo)所屬評(píng)價(jià)因素的添加和刪除，或者從右側(cè)的組合框進(jìn)行此操作。因?yàn)楦鱾€(gè)煤礦進(jìn)行瓦斯危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取可能不同，或多或少，因此，此模型適合于各條件不同煤礦評(píng)價(jià)模型的建立。,圖5-5 評(píng)價(jià)模型 圖5-6 評(píng)價(jià)等級(jí),2)評(píng)價(jià)等級(jí) 評(píng)價(jià)等級(jí)如圖5-6所示，本文把評(píng)價(jià)等級(jí)分為5級(jí)，對(duì)應(yīng)分值如圖所示設(shè)定，但是不同礦可能會(huì)劃分3個(gè)或者4個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)應(yīng)分值也可能不同，因此本模型設(shè)置了“自定義論域”功能。 3)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如圖5-7所示，建立評(píng)價(jià)模型后就要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重(賦值方法在第五章具體介紹)，通過(guò)“煤礦水害危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模塊”可以得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，在對(duì)話框中進(jìn)行輸入保存。,4)指標(biāo)因素評(píng)分值 評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分值給定如圖5-8所示，本模型是做一條巷道瓦斯危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)分值是通過(guò)礦、局有經(jīng)驗(yàn)的專家給定的，各礦分值不同，因此本模型設(shè)置了修改功能。 5)評(píng)價(jià)結(jié)果與結(jié)果分析,圖5-7 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重 圖5-8指標(biāo)因素評(píng)分值,圖5-9 評(píng)價(jià)等級(jí)劃分查詢,評(píng)價(jià)等級(jí)從圖5-6的“評(píng)價(jià)等級(jí)”模型中也可以查到，與“評(píng)價(jià)結(jié)果”放在一個(gè)界面容易查詢,如圖5-9所示。,圖5-10 評(píng)價(jià)結(jié)果與結(jié)果分析,當(dāng)以上的評(píng)價(jià)程序獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，就可以得出評(píng)價(jià)結(jié)果(即分值)，從“結(jié)果分析”中可以得到某巷道瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等級(jí)，如圖3-10所示。 5.2 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)模塊 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)需要原始涌出量實(shí)測(cè)值，一般需要預(yù)測(cè)之前一周左右的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從圖5-11可以選擇性輸入幾天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(可以是6天或7天等等)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 當(dāng)輸入原始數(shù)據(jù)后進(jìn)行預(yù)測(cè)值、殘差值和相對(duì)誤差的計(jì)算，通過(guò)置信度進(jìn)行誤差滿意度的檢驗(yàn)，提示是否需要選取殘差進(jìn)行模型修正，如圖3-12所示。選取方式如圖5-13和5-14所示。,5-11 原始數(shù)據(jù)輸入 圖5-12 預(yù)測(cè)模型修正前置信度檢驗(yàn),圖5-13 殘差值選取原則 圖5-14 殘差值的選取,經(jīng)過(guò)殘差值選取后，利用修正后模型進(jìn)行涌出量的再次預(yù)測(cè)，同時(shí)進(jìn)行修正后誤差滿意度的檢驗(yàn)。不滿足要求，依照?qǐng)D5-13和5-14所示進(jìn)行修正后預(yù)測(cè)模型的再次修正、再次預(yù)測(cè)、再次檢驗(yàn)，如此反復(fù)，直到置信度滿意為止，如圖5-15所示；滿足要求，則說(shuō)明此時(shí)的預(yù)測(cè)模型的誤差是滿足精度的，進(jìn)行未來(lái)兩天內(nèi)的涌出量預(yù)測(cè)是可靠的，如圖5-16 所示。,圖5-15預(yù)測(cè)模型修正后置信度檢驗(yàn)圖5-16 未來(lái)兩天內(nèi)瓦斯涌出量預(yù)測(cè),5.3 巷道瓦斯事故風(fēng)險(xiǎn)性關(guān)聯(lián)分析 本模塊是對(duì)5.1（巷道瓦斯事故危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)）的補(bǔ)充，從關(guān)聯(lián)度角度來(lái)分析某一巷道與一條安全巷道的關(guān)聯(lián)程度，從而確定其事故危險(xiǎn)性。從圖5-17可以看出，只需輸入標(biāo)準(zhǔn)巷道和三條參評(píng)巷道（或一條或兩條）三班的風(fēng)量、瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽烤涂梢缘贸雠c標(biāo)準(zhǔn)巷道得關(guān)聯(lián)度。,圖5-17 標(biāo)準(zhǔn)巷道相關(guān)數(shù)據(jù)輸入,得出關(guān)聯(lián)度以后，可以通過(guò)“結(jié)果分析”來(lái)確定各參評(píng)巷道的瓦斯事故危險(xiǎn)性大小排序，如圖5-18所示，對(duì)如何做好風(fēng)量、瓦斯?jié)舛群陀砍隽康钠ヅ溥M(jìn)行指導(dǎo)。,圖5-18 關(guān)聯(lián)分析結(jié)果,5.4 小結(jié) 從該模塊決策支持系統(tǒng)可以看出，巷道瓦斯事故危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)分值的給定，權(quán)重是通過(guò)層次分析法來(lái)確定的（第五章），而分值的賦予需要專家給定；瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)、關(guān)聯(lián)度分析只需要給定原始數(shù)據(jù)，這為煤礦企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行瓦斯事故危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)提供了方便、快捷的手段。當(dāng)然，程序中還存在一定的不足，以期進(jìn)一步完善。,,1)分析了煤礦企業(yè)內(nèi)部對(duì)瓦斯危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)的重視程度及其在評(píng)價(jià)方法研究、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面存在的缺陷，指出了重大危險(xiǎn)源所具有的非線性、動(dòng)態(tài)性特征，為評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)的建立提供了思路。 2)對(duì)瓦斯爆炸建立了單因素和多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)選擇合適的模糊算子和評(píng)價(jià)結(jié)果向量分析，最終確定了事故的危險(xiǎn)等級(jí)。 以提出的煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，運(yùn)用C++語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警系統(tǒng)，為煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)警研究開(kāi)辟新的方法。,6 結(jié)論,6.2 前景展望,本文在撰寫(xiě)過(guò)程中對(duì)瓦斯災(zāi)害的各種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了擇優(yōu)性選取，但對(duì)于不同條件的礦井需要“因礦制宜”，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)方法具有普適性需要進(jìn)一步研究； 本文在評(píng)價(jià)模型的建立過(guò)程中只是選取了具有決定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是其他指標(biāo)對(duì)于不同礦井，事故的發(fā)生可能起著重要作用，所以在對(duì)某一礦井進(jìn)行瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)要全面收集評(píng)價(jià)指標(biāo)，使其評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確； 本預(yù)警系統(tǒng)若能與煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)更加完善，其在煤礦系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加廣闊。,謝謝！,