同煤集团煤矿安全预警与应急救援能力评价方法研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 23次 | 上传用户:wangxiaofengkobe
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
中国是世界上发生煤矿事故较多的国家之一,每年不仅造成大量人员伤亡,而且也给国家及煤炭企业带来高达百亿元的经济损失。因此,研究煤矿安全预警对提前预防、减少煤矿事故及最大程度上降低灾害损失意义重大,目前普遍采用模糊理论、集对分析理论及灰色预测理论等方法来研究煤矿各类灾害预警方法,但由于煤炭行业的特殊性,即自然地质条件复杂多变、生产工作环境恶劣、矿压与瓦斯等不确定性因素较多,导致各个指标因素无法合理准确量化为具体数值,而往往为一个范围值,因此常用数学方法构建的预警模型实用性较差。一旦事故发生,应急救援能力就尤为重要,它直接关系到灾害发生后是否能够及时有效的进行救援,是否能够保证矿工伤亡和财产损失降到最低。因此,事先了解各个煤矿企业应急救援能力大小对决策部门今后有效开展救援工作具有重要参考价值。本文以同煤集团为研究背景,充分考虑到煤矿安全管理过程中涉及到的影响因素较多,且数据普遍具有一定的模糊性、隐蔽性和复杂性,同时可能还存在缺失信息情况。因此,在收集整理同煤集团及相关矿井安全管理资料后,借助MATLAB7.0软件进行数据处理及作图对比分析,借助FAHP法、可拓理论、熵权理论及梯形Vague集理论分别对同煤集团安全预警和煤矿应急救援能力等决策问题进行了系统研究。主要完成了如下几方面的工作:1、同煤集团现行安全管理体系与模式分析(1)通过搜集、整理及分析同煤集团相关资料,简要介绍了同煤集团概况,包括矿区建设、矿井瓦斯及水文地质情况、近五年来产量及百万吨死亡率情况,以及目前所采用的安全管理模式,即针对煤矿生产企业采用集团、分公司(或子公司)、矿井的三级管理体系,逐层明确责任和义务,为便于安全管理,明确给出了考核内容及保障措施,并建立了安全管理领导组织机构。(2)整理汇总了同煤集团应急救援物资储备及大型救援机械设备保有情况。同时通过查阅资料及调研分析也表明,为预防和减少突发事件给集团公司带来的危害,提高事故前预防监控能力,以及事故后应急处置能力,同煤集团制定了完整的应急预案。2、针对二区域套及三区间套下不确定型初等关联函数的构造方法进行了扩展研究(1)介绍了可拓学中点到区间的距、区间到区间的距、位置值、二区间套和三区间套下确定型初等关联函数等概念及性质,并指出确定型初等关联函数具有应用方面上的局限性。(2)为了提高煤矿安全预警模型的可靠性,针对初等关联函数进行了扩展研究,考虑到将指标测量值由点值推广为区间值或区域值,更加符合工程实际需要。陆续给出了二区域套下区域之间的距、侧距及位置值等概念,并探讨了它们的性质,构造了二区域套下不确定型初等关联函数。(3)在系统介绍三区间套下确定型初等关联函数的构造方法基础上,给出了三区间套下的可拓距、侧距及位置值等概念,并探讨了其相关性质。提出了三区间套下最优点在中心处及任意点处的不确定型初等关联函数的构造方法,探讨了关联函数在不同区间外部、内部及边界点所具有的性质并给出证明,这些理论成果将对完善可拓评价及预测模型具有重要的促进作用,尤其是在模型适用性方面将更加广泛。3、建立了基于三区间套下不确定型初等关联函数的可拓安全预警模型,并在同煤集团忻州窑矿进行了应用(1)通过对同煤集团多次调研,查阅相关资料得到近五年来煤炭产量及百万吨死亡率情况,以及目前所采用的安全管理模式,即针对煤矿生产企业采用集团、分公司(或子公司)、矿井的三级管理体系,整体属于岗位责任管理模式。(2)构建了符合同煤集团实际情况的安全预警指标体系。根据指标构建原则得到初级预警指标体系,再根据同煤实际情况(只存在高瓦斯矿井,不存在煤与瓦斯突出矿井)进行筛选得到最终安全预警指标体系,即由人的因素、设备因素、工作环境因素、地质环境因素、管理因素和信息因素6个一级指标及管理人员综合水平、技术人员综合水平、技术人员占有率、人员违章作业比率、人员违章指挥比率、人员违反劳动纪律比率、员工月平均培训时间、员工平均受教育水平、员工的平均工龄、员工的工资水平、安全检查人员比率、支护设备损耗率、通风设备损耗率、防尘设备损耗率、消防设备损耗率、供电设备损耗率、机电设备损耗率、排水设备损耗率、通讯设备损耗率、运输设备损耗率、瓦斯抽放设备损耗率、平均风速大小、巷道最小行人高度、巷道最小行人宽度、矿井内的温度、矿井内的粉尘浓度、巷道合格率、平均断层落差、煤层自然发火期、煤层厚度变化、相对瓦斯涌出量、瓦斯爆炸指数、工作面的含水量、顶底板的可靠程度、安全管理制度完备程度、组织协调能力、管理的有效性、管理的时效性、应急机制完备率、安全检查落实率、隐患整改合格率、设备的信息化程度、信息的辨识程度、信息处理能力、安全信息沟通有效性等45个二级指标组成。(3)借助三区间套下不确定型初等关联函数建立了可拓安全预警模型。由二区间推广为三区间使得问题描述更加细腻,指标值由点值推广为区间值使得模型更加符合工程需要,同时模型中各级指标权重采用模糊层次分析法确定,将有效降低人为因素的影响,最后利用可拓集成方法进行综合评价。(4)利用可拓安全预警模型对忻州窑矿进行了实例分析。根据忻州窑矿的实际情况,经过查阅相关资料和咨询专家得到45个二级指标对应预警级别的第一区间和第二区间对应的经典域和节域。同时确定了待评物元的指标区间值,然后按照三区间套下不确定型初等关联函数求出与各预警级别的可拓关联度。根据模糊层次分析法确定了6个一级指标及45个二级指标权重,按照可拓预警模型方法求出人的因素(X1)、设备因素(X2)、工作环境因素(X3)、地质环境因素(X4)、管理因素(X5)和信息因素(X6)关于无警、轻警、中警及重警的可拓关联度依次为K(X1)=(0.165,0.067,-0.384,-0.559),K(X2)=(0.081,0.085,-0.377,-0.598),K(X3)=(0.069,-0.032,-0.54,-0.505),K(X4)=(0.076,-0.146,-0.293,-0.360),K(X5)=(0.179,0.182,-0.508,-0.714),K(X6)=(0.177,0.194,-0.476,-0.620)。最后根据综合可拓加权评价法计算得到同煤集团忻州窑矿隶属于各预警级别的关联度为K(X)=(0.073,0.081,-0.042,-0.581)。按照最大关联度原则,可以判断忻州窑矿的安全预警等级为轻警。(5)可拓安全预警模型能够对同煤集团的安全生产进行动态监控,并为安全决策提供科学依据。4、针对Vague熵及梯形Vague数集成运算进行了改进研究(1)考虑到模糊性和直觉性在熵度量中的作用可以互补,提出了Vague熵的公理化定义,并给出了一个具体的熵公式,同时也指出了该公式满足公理化定义的所有条件。该项研究为后续决策模型中的专家及指标权重的确定方法,即熵权法奠定了理论基础。(2)在已有梯形Vague数定义的基础上,给出了得分值、精确值、距离、不确定度、实际效用函数及机会效用函数等概念。利用实际效用函数和机会效用函数定义了梯形Vague数的效用函数,并以此来衡量不同方案具备价值的大小。(3)利用已有的两种不同梯形Vague数运算法则,分别提出了梯形Vague数BM算子和加权算术平均算子,使得集成运算后的结果仍为梯形Vague数,同时得到了若干结论并利用数学归纳法给予了证明。研究表明梯形Vague数BM算子具有幂等性、置换不变性、单调性、有界性等良好的运算性质,而加权算术平均算子由于引入指标权重且运算易于编程将具有更为广阔的应用。5、建立了基于梯形Vague集理论的煤矿应急救援能力评价模型,并在同煤集团相关矿井进行了应用(1)以同煤集团为研究对象,探讨了煤矿应急救援能力评价指标体系构建应遵循的原则。并按照上述原则构建了适合同煤集团的煤矿应急救援能力评价指标体系,即由矿井安全生产系统、危险监测能力、应急准备能力、应急处置与减控能力、事后恢复能力等5个一级指标及气象与地理位置、预防灾害的能力、通风能力、所涉及的危险物质和生产性质、巷道系统、监测设备、安全检查、辨识与控制危险源、监测煤矿重大危险源、事故隐患与预警能力、信息报告与处置、相关规章制度、应急预案的制定、应急培训与演练、应急场所及设施、救援队伍、应急指挥、应急救援物资、有关宣传与教育、应急避难场所、灾情的识别与分析、应急预案的实施、救援人员的响应、应急响应能力、医疗救护能力、专家技术支持、事故控制的能力、实际减灾能力、善后处理、恢复生产、事故调查与总结、应急预案修订、灾害事故的影响控制等33个二级指标组成。(2)探讨了煤矿应急救援能力评价方法,为提高决策评价可靠性,建立了基于梯形Vague集理论的得分值、效用值、VIKOR法等三种群决策模型。其中专家和各级指标权重均由本文提出改进后的Vague熵进行计算,在此基础上利用梯形Vague数加权算数平均算子将全部专家给出的二级指标Vague数评价矩阵进行融合,并分别计算不同方案的得分值、效用值、利益比率值进行评价决策。(3)将上述三种模型依次在同煤集团四个相关矿井{Y1,Y2,Y3,Y4}中进行应用。决策结果如下:①按照模型一计算,各个煤矿应急救援能力的梯形Vague数得分函数值为s(Y1)=-0.664,s(Y2)=0.578,s(Y3)=2.129,s(Y4)=0.529。根据得分值越大越优的原则,排序为Y3>Y2>Y4>Y1,即Y3煤矿应急救援能力最强。②按照模型二计算,各个煤矿应急救援能力的梯形Vague数效用值为m(Y1)=0.342,m(Y2)=0.394,m(Y3)=0.514,m(Y4)=0.415。根据效用值越大越优的原则,排序为Y3>Y4>Y2>Y1,即Y3煤矿应急救援能力最强。③按照模型三计算,各个煤矿应急救援能力的梯形Vague数利益比率为Q1=0.342,Q2=0.137,Q3=0,Q4=0.765。按照利益比率值越小越优的原则,排序为Y3>Y2>Y4>Y1,即Y3煤矿应急救援能力最强。(4)三种决策模型得到的应急救援能力最强和最差煤矿是完全一致的,同时基于梯形Vague数得分值和VIKOR法所得煤矿应急救援能力排序相同。(5)研究表明,引入基于梯形Vague集的煤矿应急救援能力群决策模型更加符合实际工程背景,采用改进后的Vague熵和集成运算提高了决策结果的可靠性。上述研究成果为政府部门及同煤集团了解相关煤矿的应急救援能力提供了参考依据。
其他文献
往复式压缩机气阀故障、填料盘断裂及填料磨损,具有较高故障率。以L5.5-40/0.2-7型压缩机为例,从工作原理、故障现象、失效原因及具体预防措施等方面予以分析。
目的:观察分析不同年龄段甲状腺患者切除手术效果。方法选取我院从2012年3月~2013年3月收治的甲状腺疾病患者共122例。根据患者的年龄进行分组,患者年龄在50岁以下的未成年组
物理化学是诸多工科专业的专业必修课,一直面临着内容抽象、公式繁多,难学易忘等困局。在工科物理化学课程中引入了化学史介绍、科学家介绍相关学科间关系和科研素养的启发等
自然发火一直是困扰煤炭安全开采的主要问题,而降温和隔氧是防治煤自燃及其继发灾害的关键。近年来,随着煤化工行业的迅猛发展,液态CO2产量急增,加之其突出的降温、惰化及抑
煤与瓦斯突出严重威胁煤矿的安全生产,如何以安全、经济的方式消除突出危险性是当前煤与瓦斯突出矿井的迫切要求。瓦斯抽采是极为有效的防突措施,而我国部分煤层抽采效果较差