矿井突水因素的AHP分析与防治技术研究

LOGO矿井突水因素的AHP分析与防治技术研究南华大学环境保护与安全工程学院班级：建安071姓名：刘畅学号：20074670154结论与展望有关典型事故案例及其分析矿井突水层次模型的构建与分析矿井突水影响因素的层次分析法分析层次分析法的一般步骤和内容研究主线矿井突水的防治技术矿井水害类型矿井突水研究概述老空水水害地表水水害孔隙水水害裂隙水水害岩溶水水害薄层灰岩水水害厚层灰岩水水害矿井水害防治刻不容缓煤矿在生产建设过程中，常常会受到水害的威胁，一旦出现水灾，直接危害职工的生命和国家财产的安全。我国不仅是世界主要产煤国，而且也是受水害最严重的国家之一。据统计,我国大中型煤矿中,水文地质条件复杂、极复杂类型的煤矿占25.04%，属于简单的煤矿占39.49%。据解放后的资料统计，1955～1985年，全国统配煤矿共发生水灾769次（其中老窖水198次），淹井事故208起，且有逐年增长的趋势。20世纪80年代，开滦煤矿范各庄矿的突水淹井事故中最大涌水量高大2053m3/min,为世界采矿史上有记载的突出水量之最。2003年我国国有煤矿重特大事故中，水害在死亡人数上仅次于瓦斯事故，居第二位，全年发生12起，死亡117人（瓦斯事故44起、死亡520人）；发生起数上，在瓦斯和顶板事故之后居第三位（顶板事故14起、死亡52人，均为重大事故）。因此，防止水害事故发生也是我国煤矿安全工作的重点。矿井突水研究概述矿井水害防治刻不容缓2005年我国水害事故灾害上升。水害事故109起，死亡605人，同比减少9起，增加248人，同比分别减少7.6%和增加69.5%。水害事故死亡人数占总死亡人数的10.2%。(2005年全国煤矿共发生死亡事故3306起，死亡5938人,自建国以来第二次一年发生4起百人以上事故,百万吨死亡率为2.811;2006年全国煤矿共发生事故2945起、死亡4746人,百万吨死亡人数2.04人)2007年以来，中国煤矿重特大水害事故多发，2007年一年全国煤矿就发生水害事故109起、死亡606人，其中发生一次死亡10人以上特大水害事故13起、死亡360人，分别比2006年上升160%和233%，分别占全国煤矿特大事故起数、死亡人数的五分之一以上。这些数字的背后，是无情的水患，是无情的矿难，是一条条鲜活生命的凋亡，是一个个原本美满家庭的悲凉。矿井突水研究概述通过对矿井突水的研究，可以确定下列因素都有可能导致矿井突水事故的发生。导致矿井突水地质构造水文地质条件隔水层厚度开采空间大小层次分析法简介层次分析法是美国运筹学家Saaty教授于20世纪80年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方法。其主要特征是：合理地将定性与定量决策结合起来，按照思维、心理的规律把决策过程层次化、数量化。该方法自1982年被介绍到我国以来，以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，以及系统灵活简洁的优点，迅速地在我国社会经济各个领域内（如能源系统分析、城市规划、经济管理、科研评价等）得到了广泛的重视和应用。层次分析法简介层次分析法的基本原理及主要思想层次分析法(AHP)的基本原理是：根据人的思维规律，面对复杂的选择问题，将问题分解成各个组成因素，再将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸多因素的相对重要性，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总的排序，从而做出选择和判断。这一思维过程的关键是层次的划分、权重的确定和排序的并合规则。主要思想是:通过分析复杂系统的有关要素及其相互关系，简化为有序的递阶层次结构，使这些要素归并为不同的层次，形成一个多层次的分析结构模型.最终把系统分析归结为最低层(供决策的方案,措施等)相对于最高层(总目标)的相对重要性权值的确定问题。衍生层次分析法：改进层次分析法区间层次分析法模糊层次分析法改进模糊层次分析法灰色层次分析法层次分析法(AHP)建模1.建立评价系统的递阶层次结构。2.构造两两比较判断矩阵(正互反矩阵)。3.针对某一个标准，计算各备选元素的权重。关于判断矩阵权重计算的方法有两种:(1)几何平均法(根法)(2)规范列平均法(和法)4.一致性检验在安全以及其他领域的应用在矿井突水的可能性和危险性评价中，确定矿井突水各个影响因素的权值是一个十分重要的问题。利用层次分析法(简称AHP法)构建矿井突水诸影响因素的层次模型，将决策者的经验判断予以量化，并确定了矿井突水诸影响因素的权值，将结构复杂的定性问题转化为定量问题，为客观定量地评价矿井突水的可能性和危险性提供了依据。矿山安全建筑安全危险化学品城市灾害应急能力交通安全环境科学构造矿井突水层次模型矿井涌突水不仅与矿山的地质构造、水文地质结构有关，而且与矿山的开采效应有关。以某大型煤矿的开采为例，确定矿井突水各因素权值。该矿矿区地质构造极为复杂，矿区位于倒转背斜内。矿区内线形褶皱紧密发育，倒转褶皱极为常见。近南北向断裂发育，褶皱的完整形态常被破坏，是一个受东西向强烈挤压的褶断带。矿体主要赋存于倒转翼中层间接触面发育的层间断裂破碎带中，即矿体沿断裂破碎带产出。区内水系发育，有一个水库就在矿区旁边，水力联系密切，致使水文地质条件复杂。另外群采期间无序乱采留下众多老硐和空区更是增加了矿井水文地质的复杂性。其实矿井突水的影响因素还有很多方面，将其概括总结为矿井突水层次模型。矿井突水A水文地质条件和排水能力C1开采效应和预防工作C2P1断层导水性P2探水工作不到位P3褶皱密度和强度P4排水不足、水泵失修P5含水层及老窿富水性P6强水源补给P7隔水层情况P8承压水或含水层水压P9地表垅积水P10裂隙带高度与含水层至采层高度比P11人为预防工作不到位P12采矿方法矿井突水层次评价模型对总目标A准则层各准则构造判断矩阵(见表1)，求解最大特征值λmax及相对应的特征向量W，并进行一致性检验。表1判断矩阵A-C层次单排序及其一致性检验AC1C2WC1130.75C21/310.25有W=(0.75，0.25)，λmax=2，CI=0，CR=0。对于各准则，构造方案层各方案的判断矩阵，求出优先权重向量Pj(j=1,2,…,9)，并进行一致性检验。矿井突水层次评价模型对于C1准则，判断矩阵及其求解结果见表2。表2判断矩阵C1-P层次单排序及其一致性检验λmax=9.1977，CI=0.0247，RI=1.46，CR=0.01690.10，不一致程度在容许范围内。C1P1P2P3P4P5P6P7P8P9WIP11454135750.2680P21/41211/41/22420.0822P31/51/211/21/51/31310.0493P41/41211/41/22420.0820P51454135750.2680P61/32321/313530.1294P71/51/211/21/51/31310.0492P81/71/41/31/41/71/51/311/30.0227P91/51/211/21/51/31310.0492层次单排序及其一致性检验λmax=3.0385，CJ=0.0192，RI=0.52，CR=0.0370.10，不一致程度在容许范围内。对于C2准则，判断矩阵及其求解结果见表3。C2P10P11P12WIP101530.6370P111/511/30.1047P121/3310.2583层次总排序层次总排序及其一致性检验指标层C1C2总排序0.750.25P10.2680.201P20.08210.0616P30.04920.0369P40.08210.0616P50.2680.201P60.12940.097P70.04920.0369P80.02270.017P90.04920.0369P100.6370.1593P110.1050.0262P120.2580.0646CI=0.0233，RI=1.225，CR=0.0190.10，所以层次总排序的结果具有满意的一致性。层次总排序结果可以看出，对矿井突水风险影响程度最大的是断层导水性和含水层及老窿富水性，其次是裂隙带高度与含水层至开采层间距比，此外强水源补给、排水不足、水泵失修、探水工作不到位、采矿方法等也有重要影响。但总的来说导致矿井突水事故发生的最主要因素为不良的地质构造和复杂的水文地质条件，这些不利因素的客观存在是无法人为控制的。但是，可以对一些不利因素进行改善。矿井突水因素分析结果矿井突水影响因素重要程度分析矿井突水因素矿井突水因素结合矿井突水因素AHP分析结果，总结出一些矿井突水因素和其影响原因。水文安全技术地质安全管理矿压断裂井巷设计施工不当测量错误排水不足预测方法不够先进防治措施不够完善水文地质情况不清隔水层含水层矿井维护不当抢险抢救不当防水管理不当防水装置不全安全意识淡薄现场施工疏忽矿井突水防治矿井突水预测矿井水源的识别地质、水文地质分析法突水点位置和突水形态分析法突水携出物分析法地下水动态分析法具体预测方法水化学法突水系数法“下三带理论”预测方法突水概率指数方法新方法矿井突水征兆工作面气温降低，出现雾气或硫化氢气味有时可闻到水的“嘶嘶”声矿层变潮湿、松软，出现滴水、淋水现象矿压增大，发生冒顶片帮及底鼓工作面底板产生裂隙，并逐渐增大顶板发生溃水、溃砂矿井突水防治技术安全管理安全技术水文方面地质方面矿井突水突水矿井突水的防治技术1432防治技术5876探放水1234矿井突水的防治技术断层导水性突水防治措施断层突水必须具备3个条件：一是丰富的地下水；二是突水动力源；三是突水通道，而这些条件的形成与否取决于水文地质因素和采动力学因素的作用程度，因此，可以从水文地质和力学因素两个方面来讨论防治突水措施。对于含水层水害的防治措施含水层水害一般发生在顶底板透水事故中较多。对于顶板突水，首先是疏干含水层中的水，采取合理的办法或抽水，或放水，尽量将上覆岩层的水疏于。此外要依据设计规程，选择合理尺寸的安全防水煤柱或岩柱。对于地板突水，情况比较复杂，主要受到地质条件的影响，要根据现场实际情况，采取正确的防治措施。矿井突水的防治技术对于采空区积水水害的防治措施我国许多矿井上部煤层中都有自然冒落废弃的采空区，由于历史原因，在矿井周围也存在着许多小煤窑。这些采空区和小煤窑中都存在着积水，相互贯通而形成更大的采空区水，这些积水的存在给矿井的生产安全构成很大威胁。对于采空区积水，首先要进行探水，主要是探清楚采空区的积水量和影响范围，以及作业面与积水采空区的层位关系，然后进行疏导排水。主要的方法有两种：地面抽积水和并下排水，如果积水采空区距离地表相对较浅，则采用地表打钻孔进行抽排积水，这种方法抽水比较困难，成本相对较高，而且地面打钻等工作容易影响井下生产作业；井下排水可以充分利用已有的废弃巷道、钻孔等，或者选择合适的位置，在积水采空区下部打钻孔，利用层位高差将水排出去，相对于地面打钻排水成本较低，也是井下普遍使用的疏排采空区积水的方法。矿井突水的防治技术对地表水害的防治措施地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。根据矿区不同的地形、地貌及气候，应从下列几方面采取相应的措施：1.合理选择井筒位置在选择井筒位置时应保证井口及其他地面设施不致被地表水淹没，因此井口及其他建筑物基础的标高均应高于历年最高洪水位，受地形限制时可采取修筑防水堤坝或改变水流方向等措施。2.修建排水沟修建排水沟在一些山区，降水常以地表