易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术项目-验收材料(编辑修改稿)

易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术项目-验收材料(编辑修改稿)内容摘要：

研究 ， 综放面火灾 危险性评价的难点在于许多因素的不确定性和隐蔽性，如何将这些不确定的信息考虑在内并进行分析，是值得深入考究的一个重要问题。 在这方面，未确知数学理论提供了一个比较好的途径，未确知测度模型严谨，评价结果合理、精细，更适合于 综放面 火灾危险性评价。 未确知测度 理论介绍 设某评价对象 R 有 n 个，则评价对象空间 R={R1, R2, „, R n}。 对于每个评价的对象 Ri(i=1,2,„,n) 有 m 个单项评价指标空间，即 X={X1,X2,„,X m}。 则 Ri可表示为 m维向量 Ri ={xi1,xi2,„,x im}，其中， xij表示研究对象 Ri关于评价指标Xj的测量值。 对 Ri的每个子项 xij(i =1,2,„, n ； j=1,2,„,m) ，假设有 p 个评价等级，且把评价空间记为 U，则有 U={C1,C2,„,C p}。 设 Ck( k=1,2,„,p ) 为第 k级评价等级，且 k级比 k+ l级危险等级 “ 高 ” ，记作 CkCk+1。 若满足 ClC2 C3 „ C k，称 {C1,C2,„,C p}是评价空间 U的一个有序分割类。 单指标测度 若 μ ijk=μ （ xij∈ Ck）表示测量值 xij属于第 k个评价等级 Ck的程度，且要求满足： 0 ij k  （ xC） 1 （ 1） ( ) 1ij U x （ 2） 1 1 ()kkij l ij ll lC    x x C （ k=1,2,„,p ） （ 3） 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 5 式（ 2）称为 “ 归一性 ” ，式（ 3）称为 “ 可加性 ”。 满足式（ 1） （ 3）的μ 称为未确知测度（ uncertainty measure） ,简称测度。 对于每个评价的对象Ri(i=1,2,„,n) ，称矩阵（ μ ijk） m179。 p 为对象 Ri的单指标测度评价矩阵，且有 ： 11 12 121 22 212()i i i pi i i pijk m pim im im p       （ 4） 指标权重的确定 设 wj 表示测量指标与其他指标相比具有的相对重要程度，如果 wj 满足：0≤ wj≤1 ，且1 1mjj w ，则称 wj为 Xj的权重， w={w1,w2,„, wm}称为指标权重向量。 可利用熵确定权重，即 ： ijk ijkk111 lglgpjv p   （ 5） m1j j iiw v v  （ 6） 因为单指标测度评价矩阵式（ 4）是已知的，所以通过式（ 5）、（ 6）可求得 wj。 多指标综合测度评价向量 令 μ ik=μ (Ri∈C k)为评价样本 Ri属于第 k 个评价类 Ck的程度，则有 ： 1mik j ijkj w （ i=1,2,„,n。 k=1,2,„,p ） (7) 显然有 0≤ μ ik≤1 ，以及1 1pikk  ，所以式（ 7）是未确知测度，故称 {μ i1, μ i2,„,μ ip}为 Ri的多指标综合测度评价向量。 置信度识别准则 为了对评 价对象作出最后的评价结果，引入置信度识别准则：设 λ 为置信度（ λ ≥ ），若 C1C2„C p，且令  p0 k1m in : , k 1 , 2 , ,ilk k p   （ 8） 则认为评价样本 Ri属于第 k0个评价类 Ck0。 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 6 综放面 火灾 危险性评价 指标及指标函数 对综放面火灾危险性进行研究对于开采具有自燃危险性煤层的矿井具有重要的现实意义。 通过数据统计分析和资料调研，从分析影响综放面火灾危险性的“ 人 ” 、 “ 机 ” 、 “ 环境 ” 三个方面的影响因素入手，对影响综放面火灾危 险程度的因素进行筛选，影响因素的量化采用模糊数学方法或专家意见法，将影响因素分级并取值，评判程度划分 Ⅰ 级（ C1）、 Ⅱ 级（ C2）、 Ⅲ 级（ C3）、 Ⅳ 级（ C4），分别表示危险程度极高、 危险程度高 、危险程度一般、危险程度较低。 基于未确知测度理论建立综放面火灾危险性评价模型，对实验工作面进行火灾危险性评价，以此指导实验矿区的火灾预测预报和防灭火管理工作。 综放面 自燃发火危险性评价 因素的选取 根据 综放面 火灾有关资料，选取 16 个因素作为评价 综放面 火灾危险性的影响因子，分别是煤层赋存地质构造、 工作面淋水情况 、工 作面周围开采情况、采空区冒落及充填情况、工作面电气设备、工作面火灾预测预报系统、工作面防灭火技术及措施、煤易发火性、煤层厚度、煤层倾角、煤层埋深、围岩温度、工作面回采率、工作面日产量、工作面供风量、工作面推进度 (分别用 X1， X2， X3，X4， X5， X6， X7， X8， X9， X10， X11， X12， X13， X14， X15， X16 表示 )，其中对 X1～ X8 等 8 个影响因素由专家采取半定量化的方法进行赋值。 X9～ X16 等 8个影响因素用实测值进行评价。 评价指标隶属函数和隶属函数图的建立 借助于数学软件 MATLAB，分别对 X1～ X16 等 16 个影响因素建立隶属函数和隶属函数图，其过程如下： 定性指标。 根据定性指标的特点，由专家建立定性指标 X X X XX X X7和 X8 的 单指标测度函数图 ， 如图 21所示。 煤层厚度。 根据煤层厚度分类方法，煤层按照厚度分为薄煤层 ()、中厚煤层 (～ )、厚及特厚煤层 ()。 采煤工作面开采的煤层厚度一般都是在一定的范围内变化的，由于采煤工作面支架支撑高度变化范围是一定的，因此煤厚变化的幅度越大，对回采过程的影响越大，可能的丢煤量就越多 ，采空区自然发火的危险性也越大。 根据煤层厚度对自燃危险性影响的特点，采用 “ 三角形分布 ” 进行隶属度函数刻画，隶属度函数图形如图 22，自变量 x为煤层厚易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 7 度，单位为 m，变化区间为 [0， ∞) ， u1=trimf[Nan, 0, ]， u2=trimf[0, , ]， u3=trimf[, , 10]， u4=trimf[, 10, ∞] ，节点 sj 为： s1=0m；s2=； s3=； s4=10m。 图 21 定性指标 X X X X X X X7和 X8单指标测度 函数 图 22 煤层厚度 X9的单指标测度函数 煤层倾角。 煤层倾角较大时，特别是急倾斜煤层，由于采煤方法等原因往往造成采空区丢煤量较多，采空区封闭困难，采空区自燃危险程度较大。 煤层倾角评价指标隶属度函数用 “ 三角形分布 ” 和 “ 梯形分布 ” 来刻画，隶属度函数图形如图 23， 其中自变量 x 为煤层倾角，单位为度，变化区间为 [0,90]，u1=trimf[Nan,0,8],u2=trimf[0,8,25],u3=trimf[8,25,45],u4=trampf[25,45,90,Nan],节点 sj为： s1=0， s2=8， s3=25， s4=45。 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 8 图 23 煤层倾角 X10的单指标测度函数 煤层埋深。 煤层埋藏深度越大，煤体的原始温度越高，煤中所含水份越少，煤层开采自燃发火危险性较大，但开采深度过小时又容易形成与地表的裂隙沟通，也会在采空区形成浮煤自燃。 埋藏深度评价指标隶属度为三角形分布和梯形分布，煤层埋藏深度评价指标隶属度函数图形如图 24，其中 x 表示埋藏深度，单位为 m，其变化区间为 [0， ∞) ， u1=trimf[100, 200, 300], u2=trimf[200, 300, 500], u3=trimf[300, 500, 700]， u4 为两段： trampf[Nan, 0, 100, 200]和trampf[500, 700, 1000, ∞ ），节点 sj为： s1=100m； s2 =200m； s3=300m； s4=500m；s5=700m。 图 24 煤层埋深 X11的单指标测度函数 围岩温度。 煤岩原始温度越高，采空区自燃危险性越大。 围岩温度评价指标隶属度函数采用专家意见法确定，隶属度函数图形如图 25，自变量 x表示围岩温度，单位为 ℃。 其变化区间为 [0, ∞) ， u1=trampf[Nan, 0, 10, 15], 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 9 u2=trimf[10, 15, 25]， u3=trimf[15, 25, 35], u4=trampf[25, 35, 50, ∞) ，节点 si为： s1=10℃ ； s2=15 ℃ ； s3=25℃ ； s4=35℃。 图 25 围岩温度 X12的单指标测度函数 工作面回采率。 评价回采率对自燃危险性的影响，采用专家意见法确定其隶属度。 隶属度函数图形如图 26，自变量 x表示采煤工作面回采率，变化区间为 [0, 1]， u1=trimf[, 1, Nan]， u2=trampf[, , , 1], u3=trampf[, , , ], u4=trampf[Nan, 0, , ]，节点 si为： s1=； s2=； s3=； s4=。 图 26 工作面回采率 X13的单指标测度函数 7 工作面日产量。 工作面日产量评价指标隶属度函数采用专家意见法确定，隶属度函数图形如图 27，自变量 x 表示采煤工作面日产量，单位为 t，其变化区间为 [0, ∞) ， u1=trampf[Nan, 0, 600, 1400], u2=trimf[600, 1400, 2200]，易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 10 u3=trimf[1400, 2200, 3000]， u4= trimf [2200, 3000, ∞ ），节点 si为： s1=600；s2=1400； s3=2200； s4=3000。 图 27 工作面日产量 X14的单指标测度函数 8 工作面供风量。 工作面供风量越大，漏风通路两端的风压差越大，漏风量越大。 采煤工作面供风量在回采期间是一个变化的数值，评价过程中取回采过程中最大供风量或设计最大风量进行评价。 工作面供风量评价指标隶属度函数采用专家意见法确定，隶属度函数图形如图 28。 图 28 工作面供风量 X15的单指标测度函数 自变量 x 表示采煤工作面供风量，单位为 m3/min，其变化区间为 [0, ∞) ，u1=trampf[20xx, 2550, 3500, ∞) ， u2=trimf[1500, 20xx, 2550]， u3=trimf[900, 1500, 20xx]， u4=trampf[Nan, 0, 900, 1500]，节点 si 为： s1=900m3/min，s2=1500m3/min， s3=20xx m3/min， s4=2550 m3/min。 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 — 项目研究报告 11 9 工作面推进速度。 在回 采过程中，采空区残留煤的氧化和瓦斯涌出稀释使氧浓度降低，同时因漏风流移动，氧又得到补给，在采空区内自燃形成了冷却带、氧化带和窒息带 “ 三带 ”。 在采煤工作面生产过程中受工作面推进影响，采空区自燃 “ 三带 ” 呈动态变化。 工作面推进速度在回采期间一般都是一个变化的数值，进行安全生产现状评价时取平均推进速度进行评价，评价指标隶属度函数采用专家意见法确定，隶属度函数图形如图 29，自变量 x表示采煤工作面平均推进速度，单位为 m/d，其变化区间为 [0, ∞) ， u1=trampf[, 4, 10, ∞] ，u2=trimf[, , 4]， u3=trimf[1, , ]， u4=trampf[Nan, 0, 1, ]。 节点 si为： s1=1m/d； s2=； s3=； s4=4m/d。 图 29 工作面推进速度 X16的单指标测度函数 F6。