专题-综合指数法在矿井冲击危险性评价中的应用.doc

1、专题部分第14页综合指数法在矿井冲击危险性评价中的应用摘要：近年来，随着开采深度和开采强度的不断增加，冲击地压矿井数量和危害程度呈明显的上升趋势。为了保证冲击地压矿井的安全生产，采取相应的防治措施很有必要。而对冲击危险性进行评价是开展防治工作的前提，具有十分深远的意义。针对煤矿冲击矿压灾害，在较为系统、全面地分析前人研究成果的基础上，研究了冲击危险性的评价方法。通过建立冲击矿压危险性评价模型，应用综合指数法对冲击矿压的危险性进行评价与预测。该模型很好地实现了定性数据的定量化，进一步提高了冲击危险性评价的精确性与可靠性。关键词：冲击地压，危险性评价，综合指数法，评价模型AbstractAs th

2、e increase of depth and strength of mining, the amount of rock burst mines mounted up .For the safety of those mines, it is very important to adopt measures of prevention and cure according as rock burst hazard. Thereby, hazard evaluation for rock burst is necessary.The way of hazard evaluation for

3、rock burst has been studied after analyzing the former research fruits by the numbers and roundly aiming at the rock burst in coal mining. The risk of rock burst has been evaluatedand forecasted by the establishing of evaluation model of the risk of rock burst and the application of comprehensive in

4、dex method. This mathematical model could let the qualitative evaluation of the risk of rock burst be quantified, which enhance the accuracy and reliability of evaluation for rock burst.Key words： rock burst，hazard evaluation，comprehensive index method，evaluation model冲击地压是世界范围内煤矿最为严重的自然灾害之一。冲击地压灾害是

5、以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩体变形能，煤岩体被抛出，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员，并产生巨大的响声和岩体震动。震动时间从几秒到几十秒，冲出的煤炭从几吨到几百吨，记录到的矿山最大震级已超过里氏5级。冲击地压发生的原因极其复杂，影响因素颇多，灾害严重，对冲击地压的研究已成为岩石力学研究的一个重大课题。在我国，相当数量矿山的煤层和岩层都具有一定的冲击倾向。在一定的临界深度下，煤岩体发生冲击地压灾害极为严重。我国煤矿开采深度以每年10 m的速度不断增加，冲击地压灾害越来越严重，已成为制约我国煤矿安全生产的重大灾害之一。由于冲击地压问题的复杂性，对于冲击地压的研究目前尚未建立统一的冲击

6、地压发生及破坏过程的理论，因而影响了对冲击地压的预测、预报及防治。对冲击危险性进行评价，不仅在理论上具有重要意义，而且对冲击地压的防治提供了重要的参考依据。综合指数法能够将定性数据定量化，且简便易操作，对于评价矿井局部地点的冲击危险性具有显著的优越性，在现场得到广泛的应用。1概述1.1研究问题的提出冲击地压是井巷或周围的煤岩体由于变形能释放，而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，是矿压的一种特殊显现形式。冲击地压发生时经常伴随巨大的声响和强烈的震动，并伴有大量煤岩体抛出和冲击波，是严重威胁煤矿安全生产和矿工生命安全的典型动力灾害之一。在我国，随着开采深度的不断增加和开采范围的日

7、益扩大，冲击地压的危害日趋严重。对于矿井事故，过去更多的是靠经验，着重对矿井事故的直接原因进行分析并进而进行防治，且都是在事故发生之后才采取解决措施，很少使用安全评价方法对煤矿系统中存在的危险源、有害因素进行事先的辨识与分析，从而难以深入查找事故的潜在诱因，及时采取有效的防御措施来降低事故发生的可能性。对冲击地压矿井进行危险性评价，分析导致冲击地压事故发生的各种可能因素以及它们对事故发生的影响程度，以此为基础可以设计出科学的防范措施，使事故发生的可能性降为最小，同时可以用最少的投资达到最佳的安全效果，实现煤矿企业的安全生产l-3。1.2冲击地压安全评价研究现状危险评价起源于20世纪30年代的美

8、国保险行业，到现在经过70多年的发展，形成了很多关于危险性评价的理论、方法和应用技术。不论在理论上，还是在实践中，危险性评价都取得了令人瞩目的成绩，对减少工程事故和人身伤害事故起到了积极的作用。4-8国外煤炭工业在安全评价领域的研究和应用主要集中在以下几方面：第一，以矿山概率风险评价为基础的评价技术就是把矿井生产系统中隐患导致事故的概率与隐患造成的损害的乘积作为系统状态的危险度。隐患发生的概率和造成的损害经过统计数据获得，但是对隐患发生的概率和损害统计不够细致，缺乏实用性，且只讨论了这些数据的模糊性问题。其他的安全评价方法，如罗曼尼教授提出的安全性指数法、澳大利亚的格材提出的煤矿操作安全评价法

9、、波兰费利卫皮提出的以人一机为主的安全评价和灾害预测法以及日本的隧道安全评价方法等。从这些文献来看，国外的矿山安全评价尚停留在研究阶段，没有达到实用阶段，也比不上其他行业的应用和发展水平。第二，安全评价过程中的局部关键技术得到了较快发展。在注重安全评价的系统理论和方法发展的同时，局部关键技术开发得到了足够的重视。如在可靠性理论研究过程中研究了系统及元件失效概率的估计问题，以及可供系统安全性评价借鉴的概率估计方法，这对状态不明确系统的科学、定量安全评价研究的贡献具有历史意义。第三，美国、澳大利亚、西班牙、日本、波兰、罗马尼亚、德国等从不同的角度着手研究煤矿生产系统的安全评价技术，这些研究为推动煤

10、矿安全评价理论、评价方法的建立和发展做出了巨大的贡献。从评价方法的原理与具体算法分析，大多采用传统的理论方法，或借用其它行业的现有技术来处理煤矿的特殊问题。在实践中发现，这一思路对于具有特殊情况的煤矿安全问题很难做到定量而有效的评价。因此，如何根据煤矿生产系统的特点来评价矿井生产系统的危险程度仍是一个值得研究的课题9。安全评价是安全系统工程的三大任务之一。近年来，我国在安全评价领域的研究有了长足的进展。20世纪80年代初期，安全系统工程引入我国，受到许多大中型企业和行业管理部门的高度重视。通过翻译、消化和吸收国外安全检查表和安全分析方法，机械、冶金、化工、航空、航天等行业的有关企业开始应用简单

11、的安全分析评价方法，如安全检查表、事故树分析(FTA )、故障类型及影响分析(FMFA )、事件树分析(ETA)、预先危险性分析(PHA )、危险与可操作性研究(HAZOP )、作业环境危险评价方法(LEC)等。在许多企业，安全检查表和事故树分析方法已应用于生产班组和操作岗位。此外，一些石油、化工等易燃、易爆危险性较大的企业，也应用道化学公司的火灾、爆炸指数评价方法进行了企业危险评价。许多行业和地方政府有关部门制定了安全检查表和安全评价标准。近年来，随着安全系统工程在煤炭系统的推广应用，对煤矿安全评价的研究越来越受到人们的重视并取得了一些重要的研究成果，先后提出了事故三步安全评价法、安全预评价

12、指数法；此外，一些学者则把灰色理论、模糊数学应用于安全评价中，分别提出了灰关联度评价法、灰聚类评价法和模糊综合评价法10。这些成果对煤矿安全工作起了积极的推动作用。然而，这些方法在应用上都有各自的局限性，迄今为止，还没有形成一套完整的通用的安全评价方法。我国煤炭工业企业安全管理和评价研究同其它行业相比，时间上基本同步，但研究的规模、深入程度要落后于其它行业。1982年，煤炭工业部制定并颁发了矿井通风质量标准及检查评定办法；1986年，制定了生产矿井质量标准化标准，作为行业标准实施，后于1994年进行了修订。这些标准的实施重点主要集中在煤炭工业企业的质量管理方面，没有形成独立开展系统安全评价理论

13、和应用的体系。煤矿安全规程则是带有法规性和强制性的执行型法规文件，强调矿井生产系统各因素的结果控制。对于系统安全管理过程中各子系统及因素的评价和分析以及综合的危险状态的确定，特别是煤矿井下生产系统的安全评价方面有了一些基础性的研究，如福州大学的沈斐敏教授等在矿井、回采工作面和掘进工作面等作业系统的安全评价方面进行了比较系统的研究。但总体上，我国煤矿地下作业系统的结构特性以及适应性强的安全评价理论和技术研究需进一步的深入和完善，矿山重大伤亡事故的客观存在也说明了事故控制的重大理论和技术研究的重要性11。我国近年来对冲击地压进行了大量的研究，但主要是对冲击地压的发生机理、冲击地压预测手段、冲击地压

14、治理措施等方面进行广泛的探讨，对冲击危险性评价进行的研究很少。前人对冲击危险性进行评价的方法主要有经验类比分析法、钻屑法、地音监测法、微震监测法和含水率测定等方法12，这些方法虽然取得了一定的效果，但是它们没有综合考虑影响冲击地压的各种因素，而且冲击地压的冲击危险性指标的确定也相当困难。由此可见，采用单一的冲击危险性指标有可能会给冲击危险性评价造成很大误差，严重影响着煤矿企业的安全生产13。影响冲击危险性的因素是复杂多样的，要想更准确地对其进行评价，需要综合考虑影响冲击地压发生的各个因素或者能反映它们的具体指标，从而选择合适的评价方法来对各个因素进行评价，最终准确衡量冲击危险性，为采取防治措施

15、提供依据。2矿井冲击危险性影响因素分析冲击地压对矿井的安全生产构成严重威胁，因此，我们应在开展冲击危险性评价工作的基础上，对冲击危险区域采取相应的防治措施。而对冲击危险性进行评价，首先必须尽可能准确、全面、系统地分析冲击危险性的各个影响因素，在此基础上，建立与冲击危险性主要影响因素密切相关的冲击危险性评价模型。冲击危险性的因素很多，但总的来说可以分为两大类，即矿山地质因素和开采技术条件。2.1矿山地质因素对冲击地压的影响影响煤岩层冲击危险性的矿山地质方面因素主要有开采深度、煤岩层特性、地质构造等14。在地质构造带中一般由地壳运动的残余应力形成构造应力场。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常(如底凸

16、起、顶板下陷、煤层分岔、变薄和变厚等构造带)，冲击地压就常常发生在这些构造应力集中的区域。具体来讲，矿山地质因素对冲击危险性的影响主要表现在以下几个方面。2.1.1煤岩层物理力学性质（1）煤层自身条件对于具体矿井而言，煤岩层的物理力学性质对冲击地压是否发生具有显著影响，是冲击地压发生的内在本质影响因素。影响冲击地压发生的主要因素包括煤岩体的冲击倾向性、厚度、强度、弹脆性和含水率等。一般来说，具有冲击危险煤层的特点为：煤质较硬，容易产生脆性破坏；煤体在达到强度极限以前表现为弹性变形；煤层的自然含水率低，一般小于30%；煤层厚度较大或厚度变化较大。产生冲击地压的煤岩体具有一定的物理力学特征，其中反映煤岩材料固有属性的产生冲击破坏的能力称之为冲击倾向，也称冲击倾向性。煤岩冲击倾向性可用冲击倾向度来度量。冲击倾向度可用一个或一组指标确定，即产生冲击地压的冲击倾向条件是：煤岩