矿井深部开采通防灾害预警评价模型的构建.pdf

矿井 开 采通防 灾害 预警评 型的 构 建 李晓阳’ 崔建宁 1 ． 万东镇人民政府， 重庆 4 0 0 8 0 0 ； 2 ． 中天合创能源有限责任公司 葫芦素煤矿 ， 内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 0 0 0 摘要 以在矿井生产工作过程中进行通防安全管理所积累的相关数据资料为依据， 将通防灾害预警对象的警度进行等级上的 划分 ， 并得到警度等级若干个， 然后综合考虑以估计出这些警度等级的所处大致数据范围 ， 将通防灾害预警对象指标代入相应警度等 级构成的集合中进行多指标的分析评价 ， 评价的结论得出后， 使用综合关联度比较大小的方法对预警对象指标与各警度等级集合间 拟合程度进行分析 ， 最后以评价预警对象与某个警度等级集合的拟合程度与综合关联度呈正比例关系为依据 ， 判断出与预警对象拟 合程度最高的警度等级。 关键词 通防灾害预警； 评价模型； 可拓理论 中图分类号 F 4 0 6 ． 8 ； T D 6 7 9 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 【 2 0 1 5 0 3 0 1 4 9一 O 3 本研究以可拓理论为指导进行矿井深部开采通防 灾害预警评价模型的构建 。可拓理论是 由广东工业大 学的蔡文老师于 1 9 8 3年提出， 该理论是由可拓集合理 论以及物元理论两部分理论相互关联 、 相 互结合 而产 生的一门新学科， 可拓理论分别从定性和定量两种角 度 出发 ， 并采用形式化工具进行研究 ， 以掌握待研究问 题的发展规律并从中得出可行的解决方法。 可拓理论共有三个理论内涵 第一个是研究物元、 事元和关系元 这三者统称为基元 及三者间相互转换 的基元理论， 第二个是可拓集合理论， 该理论是作为一 种定量化的工具存在的 ， 第三个 则是可拓逻辑 ， 可拓逻 辑是在矛盾的前提下进行研究转换 ， 从而得 出不 矛盾 结论的一种逻辑思维。这三个理论在构成可拓理论的 同时 ， 再与其他学科领域 的部分理 论相联系结合 ， 这就 产生了相对应 的新 的知识体 系， 而这些新的 知识体系 则构成了可拓理论的外延结构。 在可拓理论中， 物元模型是一个非静态模型， 其参 变量既可以是 时间也可 以是 随时间变化的其他变 量， 在开采过程中， 这一变量可以是风速或者风压等。而 能够 与现实系统相拟合的且拟合程度高的模型一般是 非静态模型 ， 特别是像煤矿这种生产复杂 、 动态变化频 繁的生产系统就更需要非静态模型 的拟合。所 以以可 拓理论为指导思想进行矿井深部开采通防灾害预警评 价模型的构建， 与财务、 经济预警模型相比可拓模型更 加合理 ， 对矿井开采安全状况的反映更加贴近现实。 1 有关可拓理论的基本概念 1 ． 1物元 的基 本概 念 在可拓理论中， 所谓物元， 实际上是一个有序的三 元组， 构成的三元分别为事物、 特征和事物关于特征的 量值 ， 事物代表符号为 Ⅳ， 特征代表符号为 C， 量值的代 表符号为 ， 物元可记为 R Ⅳ， c， ， 它是可拓理论 的最基础的组成成分。 假设存在事物 |7、 r ， 共有特征 n个， 分别记为 c ， c ⋯ c ， 将 N 、 特征 c ； 以及事物 N关于特征 c i 对应的 量值 v i i 1 ， 2 ⋯ n 三者构建为阵列 R l Ⅳ ’ l R Ⅳ ， C ， l ’ l I ， I 阵列 R又被称为 n维物元。其中， 若 N， V随参数 t 变化而变化， 那么可以称 R为关以 t 为变量的参变量 物元， 于是 R N ， C ， V 又可以记作为 R t { N t ， C， v t } 1 ． 2可拓 集合 的基 本概 念 论题所包括的同类事物的总和被称为论域。假设 存在论域 ， 且论域映射与实数域 一∞ ， ∞ ， 取其中 的一个映射并将之记为 K， 选取一个固定的对 u中元 素的转换法则并记为， 我们可以得出这样的结论， 称 A F { U ， Y ， Y I U∈U， YK U E一∞， ∞ ， Y K V u ∈一a 。， 。 。 } 为论域与元素转换相关的一个可拓集合 ， 则 A F 的关联函数为 Y K U 。 1 ． 3矩的基本概念 在建立关联函数前， 对类间事物需要加以区分， 为 了将事物间的区别描述 出来 ， 规定某 一点与特定区间 Y 。 [ a ， b ] 的距为 s y ， Y 。 l y 一 } 一 1 I f -, f 厶 1 ． 4关联 函数 的基 本概 念 假设存在两段区间， 其中 Y 。 [ a ， b ] ， Y[ c ， d ] ， Y n ∈Y， 则 ⋯、 s Y ， Y 。 K 由上式可以得出以下推论 ①若 Y∈Y o ， 且 y ≠a ， b ， 则 K Y O ； ②若 Ya 或 Yb ， 则 K y 0； ③若 Y ∈Y ， Y Y o ， 且 Y ≠c ， d ， 则 一 I K Y 0 ； ④若 Y c 或 Y d ， 则 一1 ； 收稿日期 2 0 1 5 0 1 0 7 作者简介 李晓阳 1 9 8 6一 ， 重庆市人 ， 2 0 1 0年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业， 助理工程师， 现在重庆市万盛经开区万东镇 人民政府从事煤矿安全监管工作。 1 49 ⑤若 Y Y， 则 K y 一1 。 式中 K y 一 Y 关于区间 Y 。 ， Y的关联函数； D Y ， Y 。 ， Y 一 点Y 关于区问的位值。 D Y ， Y o ， Y S Y ， Y一S Y ， Y 。 2 1 ． 5有关灾害预警的物元模型 假设相关灾害预警问题为 Q， 预警对象的个数为 n ， 分别为 A ， A ， A， A ， 而预警指标的个数为 m， 分别 为 c ， ， c ， A c ， 于是此灾害预警问题可以用物元这一概 念表示出来 ， 即， Q Ai a ， A i ∈ A1 ， A 2 ， A， A 其中 A i 代表预警 的对象 ， a代表 条件物元 ， 由 R t { N t ， C， v t } 可得 ， 【Ⅳ ， c ， N， C l ， f C 2 ， V 2 f C ， V f 2有关通防灾害预警的可拓综合模型的建立 2 ． 1两域 的确 定 所谓两域， 即为经典域和节域。 经典域 R 呵 ， C， V R 哳 No j ， C l ， C2 ， No ， C 1 ， [ C l o j t ，b o I 】 C 2 ， [ 口 0 ， 2 ，b o 』 2 】 C ， I l C 【 口 0 ， b 0 】 式中 N 。 j 一 所划分的第 j 个警度等级； c i 一 与第j 个警度等级 N 。 相对应的特征 1 ， 2 ⋯n ； V 一第 j 个警度等级关于其特征 的取值范 围。 节域 R 。 D， C， 2 C ， D， c l ， [ a D l ’6 D 1 ] C 2 ， 【 a D 2 ，b o 2 】 C ， 【 a ，6 】 式中 D一全体预警警度等级 ； V 。 i 警度等级关于的取值范围。 2 ． 2确定通防灾害预警对象的待评物元 所谓通防灾害预警对象的待评物元， 是指将通防 灾害预警对象测量所得数据资料或者评价分析结果等 相关信息用物元的方式表示出来。 1 5O R i q j ， C， V 。 g ， c l ， C， ， 式中 q 一第 i 个通防灾害预警对象 ； v i 一第 i 个通 防灾害预警对象 的预警 指标 值。 2 ． 3对通防灾害预警对象进行评价 2 ． 3 ． 1 第一次评价 对于通防灾害预警对象 q i ， 使用必须完全符合的 特征 c 对应的量值 v 进行 比较评价。若 v i ∈v ， 则 认为通防灾害预警对象 q 满足于“ 必须完全符合” 这 一 条件并进行下一步。若 v i 隹 v 呲， 则认为通防灾害预 警对象 q ； 不满足设立的条件且不予以评价。 2 ． 3 ． 2对特征权值的确定 因为通防灾害预警对 象的重要性各不相 同， 则与 之对应的特征 的重要性 随之 不同。这时 ， 通 常采用权 值来衡量各特征的重要程度， 反映其中的差别。本文 选用层次分析法来确定特征的权值 。 2 ． 3 ． 3确定通防灾害预警对象与各个警度等级的 关联程度 3 式中 s v V 。 i i 一点 v i 到 V 0 ij 区间的距。 由公式 1 ， 可得 ， ， 0 ．∥ {、 ．． ． ． q ． 6 0 ， ． 。 4 2 ． 3 ． 4规范关联度 关联度的取值范围较广， 为整个实数域， 其数值有 正有负而不 易进行 比较 ， 所 以需要进行 规范关联度 的 工作。若预警对象数目唯一时， 此处步骤可省略。 ． “p j P v k i 5 2 ． 3 ． 5对所评价对象的综合关联度进行计算 此处 ， 我们 引入综合关联度 的概念 。所 谓综合关 联度是由规范关联度以及权系数综合而成。 g PA v 6 式中 q 一第 k个通防灾害预警对象 。 2 ． 3 ． 6评定通防灾害预警警度等级 进行警度等级的评定时， 以式 7 为依据， 式子如 下 P k q 州P j q j 7 当通 防灾害预警对象满足式 7 时 ， 即可得出通 防 灾害预警对象的警度等级。 由于矿井通防灾害的致灾因素较多， 即通防灾害 预警对象繁多 ， 且 各通 防灾害预警对象 的指标 所处层 次不同， 所 以我 们需要采 用多层次 的综合 预警 模型。 多层次综合预警模型的计算方法与单层次预警模 型类 似。其第一层次的评价矩 阵是 由第二 层次 的评定结果 组成的， 综合考虑预警模型第一层次各预警指标的权 值， 将综合关联度矩阵与权系数据矩阵相结合， 由此得 J O Ⅳ l l 、 -， 、J O y 到预警结果矩阵， 公式如下 P X P l 8 式中 P～预警结果矩阵 ； 一 通防灾害预警指标的权值； P 。 一 综合关联度矩阵。 ． 3结 论 文中为了避免对预警指标的评价过于主观， 采用 层次分析的方法来分析决定矿井通防灾害预警监测指 标体系中各个层次灾害预警指标的权值， 采用可拓理 论为指导进行综合评价， 以得出各个层次矿井通防灾 害预警指标相对于各警度的综合关联度， 并以此为评 价标准， 使所得到的评价结果符合客观规律。 参考文献 [ 1 ] 蔡文． 可拓论及其应用[ J ] ． 科学通报， 1 9 9 9 ， 4 4 7 6 7 3 6 8 2 ． [ 2 ] 蔡文， 等． 可拓工程方法[ M] ． 北京 科学出版社， 1 9 9 7 ． [ 3 ] 雷战波， 等． 企业危机预警理论及其对我国社会危机预 警的启示[ J ] ． 中国行政管理， 2 0 0 5 ， 2 3 4 3 6 ． [ 4 ] 潘洁珠， 等． 预警理论方法及应用研究[ J ] ． 合肥师范学 院学 报 ， 2 0 1 0 ， 6 87 1 ． [ 5 ] 肖全兴 ， 张涛． 矿井灾害事故处理决策方法的研究[ J ] ． 煤炭科技， 2 0 0 1 ， 2 4 9 5 1 ． 责任编辑 陈文明 上接第 1 2 3页 其工作原理主要是依靠变频器每个构成机器间的相互 配合 。 变频器在使用之前 要进行调试 ， 调 试成功之后才 能正式投入运行。具体操作步骤是在电源接通后， 将 变频器上的转换开关调换到近距离控制模式， 矿井制 冷系统中电动机在不同温度下运行的所需温度， 都可 以通过在变频器上选择不同的速度来实现 。如果在变 频器的运行或启动时出现故障， 都会 自动停止运行或 启动。 4 ． 2 ABB变频 器 A B B公司的变频 器中 ， 根据制冷系统不 同的负荷 来调节冷却水 的循环流量 ， 主要是依靠对频率输 出的 控制， 进而控制电动机输出轴的功率。地面的冷却水 循环系统安装了5台循环水泵。 4 ． 3运行 方 式 矿井制冷系统中关于变频器的运用分为两种模 式， 根据温度对矿井制冷的需求分为夏季和冬季。 夏季时， 矿井对制冷降温的要求比较高， 所以制冷 系统对热量的负荷比较重， 这也增加了冷却水的流量。 针对这样的情况， 可以通过调整变频器的频率， 使变频 器与水泵达 到同时运行 的模 式， 来满足矿井 制冷 降温 的要求。 冬季时， 矿井对制冷的要求相对要低得多 ， 那么制 冷系统对热量的负荷也随之降低， 同时也减少了对冷 却水流量的要求。所以可以减少水泵的台数， 采用 2 台水泵的运行 ， 并且要求每台水泵的运行频率为 3 0 H Z 左右 。并且 ， 由于水泵在冬季消耗的能量较低， 一般采 用低能耗的运行模式。 5结论 变频技术是当今运用比较广泛的技术， 变频器与 交流电动机的结合使用， 可以提高转速， 优化性能， 有 效地节约能源。变频技术应用于矿井制冷系统的冷却 水泵后 ， 可以根据季节的变换来调节运行的频 率 ， 从而 改变水泵的运行状况。不仅能满足矿井制冷的要求， 也能降低制冷系统在运作过程中的高能量消耗。 变频技术应用在矿井制冷系统中的冷却水循环泵 后， 保障了整个制冷系统运行的稳定性。解决了冬季 冷却水流量与整个制冷系统的运行状况不匹配所造成 的频繁停机问题。变频技术的应用， 保障了矿井制冷 系统在季节变换中的正常运行， 也为矿井提供了较为 安全的措施， 节约了能源的消耗， 同时也为其他行业中 变频技术的应用提供 了科学参考。 参考文献 [ 1 ] 赵运超 ， 等． 提高矿井制冷系统能效的探讨[ J ] ． 广西大 学学报 自然科学版 ， 2 0 1 2 ， 3 7 2 ． [ 2 ] 任森． 新型井下人工制冷系统的进一步改进 [ J ] ． 金属 矿山， 2 o 1 3 ， 4 ． [ 3 ] 张勇． 变频技术在矿井提 升系统节能中的应用分析 [ J ] ． 科技与企业 ， 2 o 1 3 ， 2 3 ． 责任编辑 陈文明 上接第 1 4 8页 2 ． 3其 他措施 1 根据煤种特点， 掌握煤炭 自 燃发火的时间。对 煤仓存煤要求有计划地进行灌放 ， 存煤时间不宜超过 仓内发火期， 控制仓内煤炭数量， 最大程度减少煤炭库 存 ， 防止仓 内煤炭 自燃。 2 保证 煤仓顶底部 敷设的消防管路 的水量 、 水 压， 确保煤仓防灭火要求， 宜采用精确定位微喷灭火。 3 仓内C O积聚， 采取增加排风扇及冲天排气烟 囱数量等方法， 将 C O排入大气， 同时打开仓顶车间的 所有窗户 ， 保持好通风 。 4 加强每班安全 巡检 ， 调度 室建立相 应放煤 台 账 ， 制定科学的储煤循环时间。监控人 员要坚 守岗位 ， 及时掌握煤仓周围各地点的 C O浓度变化情况， 发现 C O超限 ， 要及时汇报 ， 及时采取措施进行煤仓防灭火。 3治理效果及结论 通过对煤仓安装振动耐磨板、 改造给煤机、 安装 自 动抽放及其治理措施的应用 ， 有效解决 了因不 能彻底 清除余煤， 积煤因时间过久， 出现 C O气体超标， 原煤自 燃等现象。尤其是有害气体超标 自动抽放系统的成功 应用， 不但节 约了劳 力， 而且 能够 自动排放 ， 实现无人 值守， 消除了因 C O超标 造成 的安全隐患， 具有较高的 推广及应用价值 。 责任编辑 陈文明 1 51