硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价.pdf

第2 7 卷第4 期 爆破 V 0 1 ．2 7N o ．4 2 0 1 0 年1 2 月 B L A S T I N GD e e ．2 0 1 0 I I I ●_ _ _ _ _ ■_ - _ ●_ _ ■●_ _ _ _ _ ■_ _ ●_ ●●■_ _ ●●_ _ ■_ ■_ - _ ●_ ■●●●_ ●- ■_ 一 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 4 ．0 2 7 硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价’‘‘ 叶晓晖1 ’2 ，吴超1 ’2 ，阳富强1 , 2 ，彭萌1 ’2 1 ．中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．国家金属矿安全科学技术研究中心，长沙4 1 0 0 8 3 摘要建立了硫化矿开采中炸药自爆危险性的评价指标体系，评价指标分为定量指标和定性指标，并划 分危险性等级，根据危险性等级的不同，给予定量指标不同的取值范围，而对于定性指标，采取赋值的方式。 将定性指标量化。基于物元理论和关联函数，将可拓理论引入炸药自爆危险性的评价中，建立了硫化矿开采 中炸药自爆危险性的可拓综合评价模型。采用二层次可拓综合评价法对某矿进行危险性等级的评价，评价 结果与实际情况相符，应用表明将该评价方法运用于硫化矿开采中炸药自爆危险性的评价中是合理可行的。 关键词硫化矿开采中炸药自爆危险性；评价指标体系；危险性分级；可拓综合评价模型； 二层次 可拓综合评价 中图分类号T I Y 7 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 4 一0 0 9 9 0 6 E x t e n s i o nC o m p r e h e n s i v eE v a l u a t i o no fE x p l o s i v e 7 S S e l f - i n i t i a t i o nR i s kd u r i n gS u l f i d eM i n i n g Y EX i a o ．h u i l ．- ，删C h a 0 1 ”，Y A N GF u ．q i a n 9 1 ”，P E N GM e n 9 1 2 1 ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a41 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．N a t i o n a lR e s e a r c hC e n t e ro fS a f e t yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yf o rM e t a lM i n e s ， C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h es y s t e mo fe v a l u a t i o ni n d i c a t o ro fe x p l o s i v e ’ss e l f - i n i t i a t i o nr i s kd u r i n gs u l f i d em i n i n gW a se s t a b - l i s h e d ，i nw h i c he v a l u a t i o ni n d e x e sc a l lb e d i v i d e di n t oq u a n t i t a t i v ei n d i c a t o r sa n dq u a l i t a t i v ei n d i c a t o r s ，a n dt h e n c l a s s i f i e di nh a z a r dl e v e l ．A c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tr i s kl e v e l s ，t h eq u a n t i t a t i v ei n d i c a t o r sW a sg i v e nd i f f e r e n tv a l u e r a n g e ，f o rq u a l i t a t i v ei n d i c a t o r s ，t h ea s s i g n m e n tm e t h o dW a su s e dt Oq u a n t i f yt h eq u a l i t a t i v ei n d i c a t o r s ．B a s e do nm a t - t e r - e l e m e n tt h e o r ya n dt h ec o r r e l a t i o nf u n c t i o n 。t h ee x t e n s i o nt h e o r yW a si n t r o d u c e dt ot h ea s s e s s m e n to fe x p l o s i v e ’s s e l f - i n i t i a t i o nr i s k ，a n dt h e nb u i l d i n gt h em o d e lo fe x t e n s i o nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o re x p l o s i v e ’ss e l f - i n i t i a t i o n r i s kd u r i n gs u l f i d em i n i n g ．T h et w o - l e v e le x t e n s i o nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dW a su s e di nam i n e ．a n dt h ee - v a l u a t e dr e s u l t sW a si nl i n ew i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n ．T h ea p p l i c a t i o ns h o w st h a tt h i sm e t h o du s e di ne x p l o s i v e ’Ss e l f - i n i t i a t i o nr i s ka s s e s s m e n td u r i n gs u l f i d em i n i n gi sr e a s o n a b l ea n df e a s i b l e ． K e yw o r d s e x p l o s i v e ’Ss e l f - i n i t i a t i o nr i s kd u r i n gs u l f i d em i n i n g ；e v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e m ；h a z a r dc l a s s i f i c a - t i o n ；e x t e n s i o nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l ；t w o - l e v e le x t e n s i o nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 收稿日期2 0 1 0 0 4 1 0 作者简介叶晓晖 1 9 8 6 一 。男，福建省政和人。硕士研究生，从事矿 山安全、物流安全等方面的研究。E - m a i l y e x i a o h u i _ 0 0 7 1 6 3 ．c o m 。 基金项目国家“十一五”科技支撑计划课题资助 2 0 0 6 B A K 0 4 8 0 3 - 0 2 0 引言 炸药自燃自爆是硫化矿床开采中的一类重大灾 害。国内外金属矿山特别是硫化矿山在采矿过程中 曾多次发生过矿石炸药自燃自爆事故。建国以来， 我国已发生了几十起硫化矿山的炸药自燃自爆事 万方数据 1 0 0爆破2 0 1 0 年1 2 月 故，给国家造成了巨大的经济损失。例如1 9 8 2 年发 生在水口山铅锌矿的炸药自爆事故造成6 人死亡、1 人重伤，这起事故是迄今为止由自爆引起的最大伤 亡事故⋯。国外如美国、澳大利亚、加拿大、日本等 国的硫化矿山亦存在或曾发生过此类事故唯] 。由 此可见，炸药自爆事故已经严重影响了矿山的安全 和生产，因此对硫化矿开采中的炸药自爆危险性进 行评价对于减少企业经济损失，保证生产工人的生 命安全具有实际意义。 由于影响硫化矿开采中炸药自爆的因素比较 多，且各个因素之间相互作用、相互影响，具有不确 定性，为了全面认识与评价炸药自爆危险性，基于可 拓学理论的思想，对硫化矿开采中炸药自爆的危险 性进行可拓综合评价。 l 硫化矿炸药自爆危险性的评价 硫化矿经过氧化与炸药中主要成分硝酸铵接触 后，在一定湿度条件下产生一系列连锁的放热化学 反应，且炮孔内散热条件差，引起炸药温度剧增，当 达到3 0 0 ℃左右时，炸药分解引起自爆pJ 。 1 ．1 研究综述 在高温高硫矿床的开采过程中，存在炸药自爆 的可能性，分析硫化矿炸药自爆发生的原因，国内目 前还没有统一的认识，但主要有存在以下3 种观 点[ 4 ] 1 认为硝铵类炸药与孔壁直接接触，当硫化 矿石中的水溶性F e “ F e 3 和水分达到一定量时， 它们与炸药中的硝酸铵反应，产生大量的气体与热 量，使孔内温度不断上升，炸药的爆燃点下降，从而 引起自爆；2 认为孔底高温是引起炸药自爆的重要 因素实际上炮孔孔底之所以会形成高温，这与矿石 的氧化自燃性有着密切的关系，在某种程度上也反 应了矿石的含硫量、硫化矿物的种类、含水量、F e “、 F e 3 离子的含量等；3 认为矿石水分中含酸量 p H 值 的多少是引起炸药自爆的主要原因。 硫化矿石引起炸药自爆危险性至今还没有一种 较准确的评定方法。目前国内多数学者是通过对硫 化矿矿石理化性质分析及其与炸药接触试验和现场 条件测试等研究，对其自爆危险性进行分析与评价。 上世纪6 0 年代国内曾提出过用3 要素 铁离子含量 0 ．3 ％；黄铁矿含量3 0 ％；水分3 ％一1 4 ％ 来判断炸 药自爆危险性，但这种标准中没有考虑炮孔温度、炸 药种类和装药时间等多种因素的影响，因此实际应 用时有较大误差b 】。文献[ 4 ] 提出了由孔温、孔内 矿石水溶性F e 2 F e 3 的含量和p H 值3 项指标确 定安全装药时间的新的评价方法。文献[ 6 ] 在现场 试验研究的基础上，分析了硫化矿山炸药自爆机理， 以F e 2 为指标代替了以往的炸药自爆判据，建立了 矿样水溶液中F e 2 与其p H 值关系的回归经验公 式，提出了以p H 值为指标的炸药自爆新判据和简 便实用准确的检测方法。文献[ 7 ] 采用实验室多指 标综合评价的方法对冬瓜山高温高硫矿床开采中炸 药的自爆危险性进行了评价。文献[ 8 ] 提出了矿石 p H 值与临界温度之间的对应定量关系，建立了炸药 自爆危险性的评定方法。 1 ．2 硫化矿开采中炸药自爆危险性的评价指标体系 炸药的自爆是受多种因素综合作用的结果，一 方面受炸药与矿物相互作用的影响，另一方面还受 各种环境条件、时间因素以及矿石与炸药本身的物 理化学性质的影响。 硫化矿开采中炸药自爆危险性的评价是一个不 确定因素较多的安全决策问题，评价结果的客观性 与准确性依赖于评价指标的准确与全面，设计评价 指标体系应遵循的原则有旧] 完备、简洁性原则；客 观、可比性原则；可重构、可扩充性原则；简明科学性 原则；可操作性原则。在遵循以上原则的基础上，通 过参阅相关文献- 4 川并结合安全专业相关知识，建 立了炸药自爆危险性的评价指标体系 见表1 。 表1 炸药自爆危险性的评价指标体系 T a b l e1A s s e s s m e n ti n d i c a t o rs y s t e mo f e x p l o s i v e ’Ss e r f - i n i t i a t i o nr i s k 硫化矿开采中炸药自爆危险性的评价指标可以 分为定量因素指标和定性因素指标，将炸药自爆危 险程度分为3 个等级，根据危险性等级的不同结合 前人研究成果J 川，给予定量指标不同的取值范 围，而对于定性指标，笔者采用了赋值的方式，将定 性指标量化，具体等级划分及取值范围如表2 、表3 所示。 万方数据 第2 7 卷第4 期叶晓晖。吴超，阳富强，等硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价 1 0 1 表2 定量因素指标等级划分 T a b l e 2C l a s s i f i c a t i o no fq u a n t i t a t i v ef a c t o ri n d i c a t o r s 定量因素指标无磊五茬二曩蓑惹霍面 F e S 的含量 C ， 水溶液中F e 2 F e 3 含量 C 2 含硫量 c ， 水溶液的 p H 值 C 4 含水量 c ， 暴露地点的温度 采场温度 c 7 炮孔温度 c 。 3 0 ％ O ．3 0 ％ 3 5 ％ 4 ．4 01 ．3 2 4 ．4 0 1 4 ％6 ％一1 4 ％3 ％一6 ％ 3 5 ℃ 6 0 ℃ 2 可拓学基本理论 可拓学 原称物元分析 是由我国学者蔡文于 1 9 8 3 年提出的一种数据分析理论2 | ，它始于不相 容问题的转化规律和解决方法，通过引进物元 R Ⅳ，c ，y 物，特征，量值 ，并对其进行变换和 运算，定性和定量研究和解决不相容问题。可拓学 的基本理论包括物元理论和可拓集合理论，其中物元 理论是硫化矿开采中炸药自爆危险性评价的基础。 2 ．1 确定经典域与节域 令％ ％，C ，％ ％c 。‰ ⋯c 2 ‰ ％C I ⋯e 2 ⋯c 。 令R P P ，C ，咋 P C 1 ％ ⋯c 2 ％ ⋯C 。‰ P C I ⋯c 2 ⋯c B 裹3 定性因素指标等级划分 T a b l e 3C l a s s i f i c a t i o no fq u a l i t a t i v ef a c t o ri n d i c a t o r s 2 ．2 确定待评物元 R P c l移l ⋯ C 2 t ，2 ⋯ C nt I n 2 ．3 首次评价 。 对评价对象P ，首先用非满足不可的特征c 。的 量值％评价。若‰售‰，则认为P 不满足“非满足 不可的条件”，不予评价；否则进入下一步骤。 2 ．4 确定评价指标的权系数 对非满足不可的特征c 。，记其权重为A ，其他特 征C i i ≠五 的权系数为口；，且 ∑口； 1 1 II i ■‘ 万方数据 爆破2 0 1 0 年1 2 月 2 ．5 确定评价对象关于各评价等级的关联度 驰扣而学掣而 2 式中，p ‰，‰ 为点％与区间‰的距离， p 1 2 i ‰ 卜学I - 丢 铲叫 3 吼为评价对象P 的第i 个评价指标 特征 的量 值。 2 ．6 计算评价对象p 关于等级J 『的关联度 K j p ∑哦吩 q 4 2 ．7 评价等级评定 若 K p - J E I m l ．2 a ．⋯x ．m } K j p 1 5 I E f ．z ．⋯。m i 则评定P 属于等级s 。 当评价对象的各指标分为不同层次或评价指标 较多使权系数过小时，需采用多层次综合评价模 型引。多层次综合评价是在单层次综合评价的基础 上进行的，两者评价方法相似。第2 层次评价结果组 成第1 层次的评价矩阵墨，然后考虑第1 层次各因素 的权系数矩阵A ，两者合成为评价结果矩阵K 。 K A K l 6 3 硫化矿开采中炸药自爆危险性的 可拓综合评价 硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价 的基本思想是根据安全管理中积累的数据资料，将 评价对象的危险程度划分为3 个评价等级，由专家 意见、实验研究数据等资料给出各等级物元的特征 数据范围，再将评价对象的指标值带入各等级的物 元中进行多指标评定，评定结果按它与各等级物元 的综合关联度大小进行比较，综合关联度越大，就说 明评价对象与该危险性等级的符合程度愈佳，即属 于该等级。 基于可拓学理论的思想，结合相关的专业知识， 笔者建立了硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综 合评价模型 见图1 。 萎耋鋈蓬星嚣蘩譬篱l 医垂垂匦 评价的指标体系，划l『鲁忑脾笪勰岳l 五 分危险性等级II 兰竺| 三二 竺 确定不同危险等级关于各影响因素的经典域 确定危险程度关于各影响因素的节域 实验数据ll 确定评价对象关于各影响因素的量值l I 硫化矿山实践经验 常用的方法有熵权 系数法、A H P 法等 确定各影响因素的权系数 馨蹇螽鬈袭器羹羲茎I [ 垂囱I 窖甏翟鬈黼各危险等级的关联度IL 查竺墨 墨Il 各危险等级的关联度 确定评价对象的危险性等级 图l 硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价模型 隐．1 E x t e n s i o ns y n t h e s i s 鳓m c n tm o d e lo fe x p l o s i v e ’8s e r f - i n i t i a t i o nm kd u r i n gs u l f i d em i n i n g 4 实例研究 4 ．1 第2 层次可拓综合评价 4 ．1 ．1 矿样物理化学性质因素的可拓综合评价 1 确定经典域与节域 各危险等级物元的经典域 剽 万方数据 第2 7 卷第4 期叶晓晖，吴超，阳富强，等硫化矿开采中炸药自爆危险性的可拓综合评价 1 0 3 R o l R 0 2 无危险性c 。 c 2 C 3 c 4 c 5 c 6 一般危险性c 。 c 2 C 3 c 4 C ， c 6 R ∞ 严重危险性c ， C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 节域物元为 弓 矿样物理化学性质c 。 C 2 C 3 C t C 5 C 6 2 确定评价对象关于各影响因素的量值 某高硫矿山的相关评价数据如表4 所示‘1 4 1 。 表4 某矿各因素的原始数据 T a b I e4F a c t o r s ’隋wd a t ao to n em i n e R 矿样物理化学性质c 。4 3 ．4 8 c 2 0 ．7 0 c 3 2 7 ．7 5 C 4 3 ．3 7 c 5 3 ．2 0 c 6 0 ．2 5 0 3 确定权系数 运用A H P 法 层次分析法 对各评价指标进行权 重求解，得出第1 层次的3 个评价指标的权系数为 A { 0 ．5 6 3 ，0 ．2 4 8 ，0 ．1 8 9 } 第2 层次的1 0 个指标的权系数分别为 B l { 0 ．1 1 8 ，0 ．2 8 8 ，0 ．0 4 8 ，0 ．1 6 4 ，0 ．0 9 4 ，0 ．2 8 8 } ， B 2 { 0 ．2 5 0 ，0 ．7 5 0 } ，B 3 { 0 ．3 3 3 ，0 ．6 6 7 } 4 关联度计算 利用关联度公式 2 、 3 计算得出各评价指标 c 。一c 6 关于各评价等级的关联度 ≮ 一0 ．4 2 5 一O ．4 9 6 0 ．3 9 0 0 ．2 3 4 0 ．9 8 2 ～0 ．6 4 8 0 ．2 3 7 0 ．3 6 4 0 ．3 5 4 0 ．4 4 0 0 ．9 3 3 一O ．1 9 4 0 ．4 4 9 1 ．3 3 3 一O ．2 0 7 0 ．3 7 8 0 。 0 ．2 5 0 利用式 4 计算得出矿样物理化学性质影响因 素与各评价等级的关联度 K p B I K [ 一0 ．5 3 0 ，一0 ．1 8 7 ，一0 ．4 3 7 ] 4 ．1 ．2 温度因素、其它因素的可拓综合评价 与矿样物理化学性质因素的可拓综合评价相类 似，可得出评价对象的温度因素与各评价等级的关 联度 K p [ 一0 ．3 6 6 ，0 ．2 2 5 ，一0 ．1 5 4 ] 其它因素与各评价等级的关联度 K p [ 一0 ．0 1 4 ，0 ．1 3 0 ，一0 ．3 5 2 ] 4 ．2 第1 层次可拓综合评价 第2 层次的评价结果组成第1 层次的关联度矩 阵，即得出 r o 5 3 0 o 1 8 7 o 4 3 7 1 疋 l 一0 ．3 6 6 0 ．2 2 50 ．1 5 4 。 【一o ．0 1 4o ．1 3 0一0 ．3 5 2 1 利用式 4 计算得出该硫化矿开采中炸药自爆 影响因素与各评价等级的关联度 K p A K [ 一0 ．3 9 2 ，一0 ．0 2 5 ，0 ．1 4 1 ] 4 ．3 可拓综合评价结果 可拓综合评价的结果得出的某等级的关联度越 大，它与某等级集合的符合程度就愈佳，即评价对象 万方数据 爆破2 0 1 0 年1 2 月 结果属于关联度最大的那个等级，所以由第1 层次系数，还需进一步发展和完善。 可拓综合评价的结果有 一0 ．3 9 2 无危险性 - 0 ．0 2 5 一般危险性 0 ．1 4 1 严重危险性 该矿的评价结果属于严重危险性等级，即该矿 发生炸药自爆的可能性比较大，而在实际情况中，该 矿曾发生过炸药自爆的事故，且造成过严重的影 响4 | ，因此该评价结果是可信的，将可拓综合评价 法运用于硫化矿开采中炸药自爆的危险性评价中是 可行的。 5 结论 1 由于影响硫化矿开采中炸药自爆的因素比 较多，且各个因素之间相互作用、相互影响，具有不 确定性，所以判断硫化矿开采中炸药自爆危险程度 需要考虑众多复杂因素的共同作用。 2 硫化矿石引起炸药自爆危险性至今还没有 一种较准确的评定方法，文中对国内的相关学者的 研究进行综述。 3 建立了硫化矿开采中炸药自爆危险性的评 价指标体系，评价指标可分为定量指标和定性指标， 划分危险性等级，根据危险性等级的不同结合前人 研究成果，给予定量指标不同的取值范围，而对于定 性指标，采取赋值的方式，将定性指标量化。 4 基于可拓学理论的思想，结合相关文献及专 业知识，建立了硫化矿开采中炸药自爆危险性的可 拓综合评价模型。可拓理论可用于多指标评价系 统，能从定性与定量两方面描述评价对象的危险性。 文中采用二层次可拓综合评价法 第1 、2 层次可拓 综合评价 对某矿进行危险性等级的评价，评价结 果与实际情况相符，因此，将可拓综合评价法运用于 ‘硫化矿开采中炸药自爆的危险性评价中是可行的。 5 某些问题有待深入研究，如在进行多层次评 价时，该方法尚需借助其他方法确定上层指标的权 参考文献 [ 1 ] 王国利．硫化矿爆破安全技术的发展[ J ] ．工程爆破， 1 9 9 7 ，3 2 6 5 - 6 8 ． [ 2 ]叶红卫，王志国．高硫矿床开采的特殊灾害及其发生 机理[ J ] ．有色矿冶，1 9 9 5 4 3 8 4 1 ． [ 3 ] C H E NS h o u r u ，X UG u o - y u a n ，L IX i b i n c l l i m ．T h ec f i - t e f i ao fe x p l o s i v e ’8s e r f - I n i t i a t i o na n dt h e i ra p p l i c a t i o n s [ C ] ／／P r o c e e d i n g so ft h eS e c o n dI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e O nE n g i n e e r i n gB l a s t i n gT e c h n i q u e ．B e i j i n g P e r k i n gU m - 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