吳兆耕 畢業(yè)設(shè)計專題和致謝

1、中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第124頁專題部分瓦斯管理的關(guān)鍵技術(shù)研究第一章 緒 論1.1 課題研究的目的意義煤炭是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的動力能源，在我國能源結(jié)構(gòu)中占 70%以上。至 2006 年底， 全國在冊的大小煤礦共有 2.6 萬個， 均為瓦斯礦井， 其中 50%以上屬于高瓦斯礦井。煤礦由于受自然地質(zhì)條件、井下開采條件、礦工技能條件、技術(shù)和裝備條件的限制， 一直存在著安全可靠程度差、安全事故頻率高等問題。尤其是瓦斯，其更是嚴(yán)重：一是犧牲的人數(shù)多。據(jù)統(tǒng)計，20 世紀(jì)初，在遼寧撫順煤礦和本溪煤礦分別發(fā)生了犧牲礦工 917 人、1549 人的特大瓦斯爆炸事故；1949 年之后，煤礦一次死亡以

2、上的事故 95%都是瓦斯事故。1990 1999 年的十年間， 全國煤礦共發(fā)生 3 人以上死亡事故 4002 起， 共死亡 27495 人， 其中， 瓦斯事故 2767 起， 共死亡 20625 人， 占的 75% 。二是經(jīng)濟(jì)損失大。井下一旦發(fā)生瓦斯爆炸或者瓦斯突出， 將產(chǎn)生高溫、高壓和大量有害氣體， 并形成破壞力很強的沖擊波， 產(chǎn)生負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)， 不僅傷害礦工生命， 而且嚴(yán)重地摧毀礦井巷道和設(shè)備， 甚至還可能引起煤塵爆炸和井下火災(zāi)， 從而擴(kuò)大了災(zāi)害的損失程度。2005 年遼寧阜新礦務(wù)局孫家灣煤礦“ 2.14” 瓦斯爆炸事故的直接經(jīng)濟(jì)損失超過 8000 萬元， 2004 年陜西銅川礦務(wù)局陳家山煤

3、礦“ 11.28” 瓦斯爆炸事故后的一年之中井下正常生產(chǎn)秩序都沒有得到恢復(fù)。三是社會影響惡劣。一方面， 每次瓦斯爆炸都會引起全社會的關(guān)注， 更是給犧牲的礦工親屬帶來沉重的精神打擊， 對煤炭事業(yè)健康發(fā)展以及礦區(qū)和諧社會環(huán)境建設(shè)都產(chǎn)生了不良的影響。另一方面， 我國煤炭安全生產(chǎn)現(xiàn)狀與世界一些發(fā)達(dá)國家或發(fā)展中國家相比差距很大。目前我國煤炭產(chǎn)量約占全球煤炭產(chǎn)量的 1/3，而約占全世界煤礦的 4/5。我國煤礦百萬噸死亡率（煤礦主要安全考核指標(biāo)）是美國的 100 倍、俄羅斯的 10 倍、的 12 倍。因此，采礦專家范維唐等提出必須大力發(fā)展瓦斯治理科學(xué)技術(shù)， 保障煤礦安全生產(chǎn)。瓦斯是無色、無味、無嗅、可以燃燒

4、或爆炸、可以使人窒息死亡的氣體， 在成煤過程中形成， 是煤炭的伴生物。在煤炭開采過程中， 瓦斯隨煤體的采掘松動而涌出。a. 瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)。瓦斯是腐植型有機物在成煤過程中生成的，其含量與煤層埋藏深度、煤層與圍巖的透氣性等多種因素有關(guān)， 因而難以準(zhǔn)確預(yù)測。由于不能準(zhǔn)確地預(yù)測工作面前方的瓦斯涌出量， 因此不能及時采取預(yù)警和有針對性的防范措施， 使得瓦斯管理工作具有較大的盲目性和風(fēng)險性， 增加了瓦斯控制的難度和發(fā)生事故的概率。黑龍江寶興煤礦“ 11.1” 瓦斯爆炸事故、安徽潘三煤礦“ 11.13” 瓦斯爆炸事故、遼寧龍鳳煤礦“ 5.28” 瓦斯爆炸事故等都是由于沒有準(zhǔn)確預(yù)測瓦斯而釀成。b. 瓦斯

5、排放過程管理方法。根據(jù)科學(xué)實驗， 空氣中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 5% 16% 時遇到明火即發(fā)生爆炸， 瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 57%時人員即因為窒息而死亡。據(jù)統(tǒng)計， 瓦斯事故都是發(fā)生在瓦斯從煤體涌出到被安全排放至地面空氣的管理過程之中。其中， 96%的瓦斯爆炸事故發(fā)生在采煤或掘進(jìn)工作面。因此，在瓦斯從煤體涌出后的排放過程中， 如何采取管理措施使得瓦斯不能達(dá)到爆炸、燃燒或使人窒息所必須的濃度， 又如何采取管理措施使得井下沒有瓦斯爆炸必須的火源， 從而避免中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第125頁的發(fā)生， 這是防止瓦斯的關(guān)鍵。c.時的最優(yōu)逃逸路徑確定。煤礦井下的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，礦工技能素質(zhì)參差不齊， 井下工

6、作環(huán)境錯綜復(fù)雜， 從井口到工作面綿延數(shù)十公里， 如果萬一瓦斯排放過程管理失效而發(fā)生事故， 事故災(zāi)區(qū)的人員盡快撤離、逃逸則是防止事故負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)、減少災(zāi)害損失的唯一選擇。井下的巷道很多， 如果逃逸路徑選擇不當(dāng)，會使得一些礦工失去生存的機會，進(jìn)而加重的損失和家庭的悲劇。2004年發(fā)生的陜西陳家山煤礦“ 12.28” 瓦斯爆炸中有 127 名礦工（ 其中包括 43 名傷員）從災(zāi)區(qū)成功逃逸，而河南大平煤礦“ 10.22”瓦斯爆炸事故有 56 名礦工犧牲在逃逸的路途中。d. 礦工瓦斯管理技能的提升方法。根據(jù)對中國煤礦 1980 2000 年的統(tǒng)計， 在瓦斯事故中， 人為的誘發(fā)因素占 96.59%（ 故意違

7、章占 44.89%、管理失誤占44.89%、缺陷設(shè)計占 6.90%）， 其原因是礦工的瓦斯管理技術(shù)和操作能力（ 煤礦稱為管理“ 技能”， 本文以下同） 相對較低， 違章操作、違章管理現(xiàn)象比較嚴(yán)重，山西細(xì)水煤礦的“ 3.19” 瓦斯爆炸事故、黑龍江新富煤礦“ 3.14” 瓦斯爆炸事故等都是由于礦工違章而引發(fā)。我國煤礦有著龐大的 700 萬人的礦工隊伍，其文化程度相對較低， 要提高他們的瓦斯管理技能只能通過不斷培訓(xùn)、學(xué)習(xí)， 而要提高培訓(xùn)和學(xué)習(xí)效果則必須開發(fā)和提升礦工的學(xué)習(xí)力， 否則事倍功半。因此， 提高礦工瓦斯管理技能能夠減少事故發(fā)生， 而開發(fā)和提升礦工的學(xué)習(xí)力則是提高他們瓦斯管理技能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

8、e.保障瓦斯安全的煤礦安全文化建設(shè)策略。安全文化能夠同化礦工在瓦斯管理方面的安全思維、引導(dǎo)礦工在瓦斯管理方面的安全行為、保障煤礦瓦斯管理安全。但是， 煤礦的安全發(fā)展戰(zhàn)略十分模糊， 安全與生產(chǎn)的戰(zhàn)略關(guān)系長期沖突， 煤礦工人違章現(xiàn)象比較嚴(yán)重， 煤礦的各類管理制度、各種操作規(guī)程得不到很好的執(zhí)行。遼寧孫家灣“ 2.14” 特大瓦斯爆炸事故后， 專家調(diào)查組發(fā)現(xiàn)該礦安全制度、安全宣傳、安全培訓(xùn)都很正常， 但管理者重視生產(chǎn)任務(wù)的完成而輕視礦工安全， 礦工對既有煤礦安全文化的認(rèn)同程度很低， 安全文化與安全戰(zhàn)略相脫節(jié)。因此， 必須建設(shè)與煤礦安全戰(zhàn)略相一致的、能夠得到礦工認(rèn)同的、對瓦斯安全有保障作用的安全文化。原

9、因， 主要是一些現(xiàn)場管理環(huán)節(jié)比較薄弱。在這些薄弱的現(xiàn)場管理環(huán)節(jié)中，我國瓦斯管理專家周、采礦專家宋振騏等以及國外采礦界 Panshin J C、Johnson R C 等學(xué)者認(rèn)為煤礦最迫切需要研究和解決的關(guān)鍵管理技術(shù)問題主要有中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第126頁上述專家觀點以及煤礦瓦斯事故暴露的突出問題都證明了瓦斯預(yù)測、排放管理、最優(yōu)逃逸路徑確定、礦工瓦斯管理技能提升以及煤礦安全文化建設(shè)等是煤礦瓦斯管理中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。這五個關(guān)鍵管理技術(shù)是煤礦瓦斯管理系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)、相互支持的五個方面， 其中， 預(yù)測、排放管理、逃逸是瓦斯管理流程中相互連結(jié)的三個核心環(huán)節(jié)： 瓦斯預(yù)測是瓦斯管理流

10、程的第一步， 是排放管理的基礎(chǔ)， 能使瓦斯排放管理更有針對性； 排放管理是瓦斯管理流程的第二步， 是瓦斯預(yù)測的目的， 根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行的排放管理具有更高的可靠性；瓦斯管理流程的第三步， 是瓦斯排放管理萬一失效的補救措施， 是應(yīng)對逃逸是發(fā)生的預(yù)案。而提升礦工瓦斯管理技能以及建設(shè)煤礦的安全文化是上述預(yù)測、排放管理、逃逸等管理環(huán)節(jié)的支撐平臺和環(huán)境保障。這五個關(guān)鍵管理技術(shù)的關(guān)聯(lián)性如圖 1.1 所示1.2 國內(nèi)外研究概況1.2.1 瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外傳統(tǒng)的預(yù)測瓦斯涌出量的方法有兩大類一類是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)之上的礦山統(tǒng)計法。這種預(yù)測方法依據(jù)瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律， 外推到預(yù)測

11、的新采區(qū)。礦山統(tǒng)計法僅需要瓦斯涌出量的歷史數(shù)據(jù)和對應(yīng)的開采深度， 因而操作簡單、預(yù)測方便。但在使用礦山統(tǒng)計法時， 要求待預(yù)測礦井的煤層開采技術(shù)條件與已采集歷史數(shù)據(jù)的煤層開采技術(shù)條件相同或類似， 如果待預(yù)測煤層的自然和技術(shù)條件不滿足上述要求， 則瓦斯涌出量預(yù)測值與實際值會嚴(yán)重偏離。另一類是以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的瓦斯含量法。這種方法通過計算井下各涌出源的瓦斯涌出量， 得到礦井或某一預(yù)測范圍的涌出量預(yù)測值。目前這類預(yù)測方法有近十種， 主要有前蘇聯(lián)李金法、德國溫特爾法、英國采礦研究所法、重慶煤研所與陽泉礦務(wù)局科研所法、列表計算法等， 它們之間的基本區(qū)別在于確定各涌出源瓦斯涌出率的數(shù)學(xué)模型不同。

12、由于瓦斯含量計算法以待測煤層瓦斯含量作為預(yù)測的基礎(chǔ)， 因而待測煤層瓦斯含量測定值的可靠性和含量點的分布及密度影響著預(yù)測的準(zhǔn)確度。近年來， 國內(nèi)外專家學(xué)者結(jié)合煤礦的實際情況， 又探討了許多新的瓦斯涌出量預(yù)測方法。付永水研究了適合于低瓦斯煤層工作面的瓦斯涌出量預(yù)測方法， 該方法利用瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法建立的工作面瓦斯涌出量數(shù)學(xué)模型來預(yù)測未采區(qū)工中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第127頁作面瓦斯涌出量。曲方提出了基于煤壁瓦斯涌出初速度的綜掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法， 該方法根據(jù)綜合機械化掘進(jìn)工作面（ 綜掘工作面） 具有采、裝、運連續(xù)作業(yè)的特點和瓦斯涌出的特點， 以此為基礎(chǔ)建立了綜掘工作面瓦斯涌

13、出量預(yù)測模型。李曲將基因表達(dá)式程序設(shè)計方法應(yīng)用于采煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測中， 建立了采煤工作面瓦斯涌出量的預(yù)測模型。夏紅春提出了基于最小二乘法的礦井深部區(qū)域瓦斯涌出量預(yù)測方法， 該方法運用最小二乘法建立了工作面開采深度與相對瓦斯涌出量之間的一元線性回歸方程， 利用此方程對深部區(qū)域的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。陳富勇將數(shù)值分析應(yīng)用于礦井未開采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測中， 用數(shù)值分析對已有瓦斯涌出量和深度的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析， 可尋找到瓦斯涌出量和開采深度的近似函數(shù)， 從而實現(xiàn)對未開采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測的目的。曾勇進(jìn)行了礦井瓦斯涌出量預(yù)測的模糊分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究， 將模糊控制技術(shù)、分形理論中的時間序列分析方法與神經(jīng)

14、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機地結(jié)合起來， 并運用于礦井瓦斯涌出量的預(yù)測中； 通過對礦井瓦斯涌出量數(shù)據(jù)進(jìn)行分形處理， 根據(jù)結(jié)構(gòu)分維值的大小并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 自適應(yīng)地調(diào)整模糊控制參數(shù)， 最終建立礦井瓦斯涌出量的模糊分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型， 對礦井瓦斯涌出量做出預(yù)測。劉新喜提出了基于 BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法， 該方法應(yīng)用 BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和算法， 建立了煤層群開采礦井瓦斯涌出量預(yù)測模型。目前， 這些瓦斯涌出量的預(yù)測方法都還存在預(yù)測精度有待進(jìn)一步提高的問題， 都還沒有被煤礦推廣應(yīng)用。由于影響瓦斯生成含量和涌出量因素的復(fù)雜性， 瓦斯涌出量與各影響因素之間、以及各種影響因素自身之間存在的非線性關(guān)系

15、， 迄今為止， 仍然沒有一種有效的方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測瓦斯涌出量。1.2.2 瓦斯排放管理方法研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外對瓦斯從煤體涌出后排放到地面大氣之中的過程管理都是采用綜合防治技術(shù)， 主要管理方法包括：a. 瓦斯檢查員專職管理。國內(nèi)外煤礦都設(shè)有專職瓦斯檢查員（ 煤礦簡稱為“ 瓦斯員”）， 負(fù)責(zé)瓦斯的測量、檢查工作。瓦斯員使用便攜式瓦斯檢查儀， 按照規(guī)定時間、地點進(jìn)行瓦斯監(jiān)測， 發(fā)現(xiàn)瓦斯異常及時報警或采取相關(guān)措施處置。瓦斯員隊伍歸總工程師領(lǐng)導(dǎo)， 對采煤、掘進(jìn)等生產(chǎn)活動中的瓦斯情況進(jìn)行監(jiān)督， 并建立了工作區(qū)域負(fù)責(zé)制、現(xiàn)場圖表督察制、現(xiàn)場交制、班中匯報制等管理制度。專業(yè)人員技術(shù)熟練， 處置經(jīng)驗豐富， 但專業(yè)

16、隊伍人數(shù)有限， 難以覆蓋煤礦井下生產(chǎn)流程的全過程和每一個工作地點。同時， 其他礦工沒有管理瓦斯的責(zé)任， 也沒有相互之間監(jiān)督安全行為的管理責(zé)任， 造成了瓦斯管理責(zé)任缺失， 因此， 容易產(chǎn)生違章行為而誘發(fā)瓦斯事故。b. 監(jiān)控系統(tǒng)輔助管理。國內(nèi)外煤礦都設(shè)立瓦斯監(jiān)測裝置對井下工作地點和主要巷道的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行自動監(jiān)測，英國的 MINOS 監(jiān)測系統(tǒng)、德國的 TF-200 監(jiān)測系統(tǒng)、波蘭的 CMM-20 系統(tǒng)、美國的 SCADA 監(jiān)測系統(tǒng)、我國自行研制的KJ 型系列安全監(jiān)測系統(tǒng)都在煤礦得到了有效地推廣和應(yīng)用， 對及時發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸奁鸬搅吮O(jiān)督作用。但是， 自動檢測裝置普遍存在靈敏度不穩(wěn)定、經(jīng)常發(fā)生誤報等問題

17、， 有時瓦斯超限時， 由于瓦斯自動監(jiān)測裝置可靠性差而不能按規(guī)定自動切斷井下電源。中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第128頁1.2.3 最優(yōu)逃逸路徑確定方法研究現(xiàn)狀目前，煤礦在確定井下發(fā)生的逃逸路徑時，都是遵循“ 逆新鮮逃逸”的原則（ 即“ 頂風(fēng)逃逸”）。在制定逃逸預(yù)案時，都是采用“ 圖上作業(yè)法”。具體辦法是： 工程技術(shù)人員在采礦平面圖上標(biāo)注發(fā)生時的逃逸路徑， 假定井下工作面發(fā)生瓦斯時， 立即逆新鮮的方向， 向井口安全地點逃逸。這是由于一旦發(fā)生瓦斯爆炸、燃燒、突出（ 大量瓦斯從煤體中瞬間噴出） 等事故， 回中瓦斯?jié)舛葧?，所以必須逆風(fēng)而逃。這種圖上作業(yè)法操作簡單、易于礦工掌握， 但沒有

18、考慮逃逸路徑的距離長短， 容易造成因逃逸路徑太長而意外傷亡。在逃逸路徑的理論研究方面， 煤礦安全專家王德明、王省身作了礦井火災(zāi)時期井巷可通行性及最佳救災(zāi)與避災(zāi)路線研究， 提出避災(zāi)路線的選擇與災(zāi)情的發(fā)展及井巷的條件有關(guān)， 并推導(dǎo)了不同類型避災(zāi)路線可通行性的判別公式， 還利用計算機技術(shù)進(jìn)行計算模擬。但該方法沒有對避災(zāi)影響因素進(jìn)行深入研究， 同時， 只是針對煤礦井下火災(zāi)而不是瓦斯因而不具有可比性。發(fā)生的情況，相比之下，瓦斯的情況更復(fù)雜、多變，1.2.4 礦工瓦斯管理技能提升方法研究現(xiàn)狀 瓦斯管理專家張鐵崗認(rèn)為， 加強安全技能培訓(xùn)， 提高礦工隊伍素質(zhì)， 讓礦工掌握瓦斯安全的知識和管理技能， 這是瓦斯管

19、理的重要基礎(chǔ)。國內(nèi)外煤礦都重視瓦斯管理技能培訓(xùn)， 但實際的培訓(xùn)效果則相差較大。國外煤礦一方面對礦工的文化程度要求較高，礦工都具有高中以上文化程度， 使得礦工自身的素質(zhì)比較高， 而且， 國外煤礦鼓勵礦工自主管理、工作創(chuàng)新， 從而促進(jìn)了礦工的學(xué)習(xí)力開發(fā)。另一方面， 國外煤礦對礦工的培訓(xùn)時間以及培訓(xùn)效果十分重視， 美國的礦山安全規(guī)程對安全健康培訓(xùn)作了詳細(xì)規(guī)定， 美國礦山安全與健康監(jiān)察局認(rèn)為“ 監(jiān)察重要，培訓(xùn)比監(jiān)察更重要”。新工人進(jìn)礦工作之前必須進(jìn)行 40 小時以上的強制培訓(xùn)，然后再跟著有經(jīng)驗的老工人現(xiàn)場培訓(xùn)實習(xí) 6 個月時間。礦工的高素質(zhì)使得美國從 1996 年以來每年犧牲的礦工人數(shù)都低于 40人，

20、 事故率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機械、建筑等行業(yè)， 成為美國最安全的行業(yè)之一。我國對礦工培訓(xùn)也很重視，礦山安全法、煤礦安全規(guī)程對礦工培訓(xùn)都作了強制性規(guī)定， 煤炭行業(yè)也建立了“ 國家 省 礦務(wù)局 煤礦” 培訓(xùn)體系， 對各要害工種進(jìn)行定期培訓(xùn)，并實行“ 持證上崗”制度。但是，我國的礦工隊伍有 700 萬人，都來自經(jīng)濟(jì)和文化落后的偏遠(yuǎn)農(nóng)村，大部分只有初中以下文化程度甚至文盲。雖然對礦工定期進(jìn)行了培訓(xùn)， 由于沒有重視對礦工學(xué)習(xí)力的開發(fā)、提升， 礦工在瓦斯管理方面的技能仍然較弱， 以致違章操作和安全自我保護(hù)能力比較差。1.2.5 煤礦安全文化建設(shè)研究現(xiàn)狀 安全文化及其模式是 1988 年國際核安全咨詢組織提出的，199

21、2 年我國核工業(yè)及中國勞動保護(hù)科學(xué)技術(shù)的專家開始研究安全文化。徐德蜀研究了人的素質(zhì)與安全文化的關(guān)系， 認(rèn)為安全的結(jié)癥在于人口素質(zhì)低， 提出不斷提高全民安全文化素質(zhì)才能使大眾自律安全，安全文化才是解決我國意外傷亡事故的“ 金鑰匙”。張爭認(rèn)為煤礦安全文化應(yīng)突出“ 以人為本” 的管理思想， 把握人的生理需求、安全需求、自我實現(xiàn)需求等多層次的動態(tài)需求， 把“ 人的生命高于一切” 作為“ 安全第一” 的宗旨。張富有、苗道領(lǐng)認(rèn)為加強安全文化建設(shè)首先要健全安全管理法中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第129頁規(guī)機， 讓礦工明白什么是對的、什么是錯的， 應(yīng)該怎樣干、不應(yīng)該怎樣干， 違反規(guī)定應(yīng)將受到什么處

22、罰， 從而使安全管理有法可依、有據(jù)可查。袁旭、曹琦研究了安全文化的管理模式， 認(rèn)為安全文化是安全管理的一種新方法， 是將管理的諸要素耦合而構(gòu)成現(xiàn)代安全管理的結(jié)構(gòu)， 安全文化滲透在管理的每一個要素之中， 使安全管理系統(tǒng)發(fā)揮出整體功能。田日祿在研究煤炭企業(yè)安全文化建設(shè)問題時認(rèn)為，煤礦生產(chǎn)組織是一個多系統(tǒng)、多崗位、多工程、條件多變的復(fù)雜的系統(tǒng)工程， 任何一個系統(tǒng)和崗位上的疏忽、麻痹、僥幸、違規(guī)操作都可能導(dǎo)致事故的發(fā)生， 而煤礦十次事故中有九次是人為的， 這就是煤礦安全文化建設(shè)的個性特征。王洪進(jìn)認(rèn)為安全文化建設(shè)要強調(diào)人的主動性、積極性、創(chuàng)造性，做到“ 三不傷害”（ 不傷害別人、不傷害自己、不被別人傷害

23、）。李宜在研究航空系統(tǒng)安全文化時，認(rèn)為應(yīng)該建立群體安全文化， 并且提出了構(gòu)建群體安全文化的確定價值層面、確立奮斗目標(biāo)、營造安全文化、制定安全目標(biāo)、施行安全獎勵等五個建設(shè)步驟。甘心孟在研究安全文化時， 提出安全文化應(yīng)使一個企業(yè)在安全生產(chǎn)上有自己獨特的指導(dǎo)思想、經(jīng)營哲學(xué)、價值觀念、道德準(zhǔn)則、文化傳統(tǒng)、生活信念， 從根本上解決企業(yè)安全生產(chǎn)問題。盡管廣大專家、學(xué)者對煤礦安全文化做了大量研究， 煤礦企業(yè)對安全文化建設(shè)也做了大量工作，但煤礦安全事故仍然較高，違章行為仍很嚴(yán)重， 這表明煤礦安全文化仍需要進(jìn)一步改進(jìn)和加強。第二章 基于數(shù)據(jù)重構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)瓦斯涌出量預(yù)測方法研究2.1 引言瓦斯預(yù)測是煤礦瓦斯安全管

24、理的基礎(chǔ)和前提。開展瓦斯涌出量預(yù)測方面的研究， 一方面可以為礦井通風(fēng)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)， 其預(yù)測結(jié)果的正確與否將直接影響礦井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)； 另一方面可以有助于加強瓦斯性，從而減少瓦斯災(zāi)害的發(fā)生。2005 年發(fā)生的、預(yù)警和防治工作的針對相對較多的唐山劉官屯83 人的“ 7.11” 事故、河煤礦犧牲 106 人的“ 12.7” 事故、阜康煤礦犧牲北暖兒河煤礦犧牲 50 人的“ 5.9” 事故、山西細(xì)水煤礦犧牲 72 人的“ 3.9”事故、遼寧孫家灣煤礦犧牲 214 人的“ 2.14”事故都是由于發(fā)生前沒有能夠?qū)ν咚褂砍隽窟M(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測而引起的。因此， 一些專家學(xué)者呼吁要重視和加強瓦斯涌出量預(yù)測方面的研

25、究工作。目前， 煤礦常用的瓦斯預(yù)測方法主要是礦山統(tǒng)計法和瓦斯含量法。這兩種方法的模型都比較簡單， 易于煤礦使用。但是， 這兩種方法也有各自的局限性。一方面， 這兩種方法都有嚴(yán)格的條件限制： 礦山統(tǒng)計法要求待測煤層的開采技術(shù)條件與已采集歷史數(shù)據(jù)的煤層開采技術(shù)條件相同， 如果待預(yù)測煤層的自然和技術(shù)條件發(fā)生改變， 則瓦斯涌出量預(yù)測值與實際值就會嚴(yán)重偏離； 瓦斯含量計算法以待測煤層實際測量的瓦斯含量作為預(yù)測的基礎(chǔ)， 因而要求待測煤層瓦斯含量測量值必須可靠， 測量點的分布及密度必須達(dá)到一定要求。另一方面， 通過煤礦長期使用效果分析， 這兩種方法的預(yù)測準(zhǔn)確度還有待提高。因此， 本章將借助具有很強的自學(xué)習(xí)能

26、力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開展瓦斯涌出量預(yù)測方法研究， 以改善預(yù)測效果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測瓦斯有兩種建模路徑： 一種是建立機理性模型， 另一種是建立時間序列模型。目前， 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測瓦斯涌出量研究方面， 劉新喜等已經(jīng)開展了一些研究工作，他們都是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立瓦斯涌出量與各影響因素之間的機理性模型。中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第130頁由于瓦斯涌出量影響因素多而復(fù)雜， 因而建立準(zhǔn)確反映瓦斯涌出量與影響因素之間定量分析的機理性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型十分困難， 另外， 在實際應(yīng)用機理性模型時也會因為參數(shù)難以獲取而無法使用。但是， 從煤礦生產(chǎn)工作面獲得的瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)是幾十種因素對瓦斯涌出量綜合影響的結(jié)果，

27、 因而能比較準(zhǔn)確反映瓦斯涌出量與各種狀態(tài)參數(shù)之間存在的對應(yīng)關(guān)系。因此， 本章以瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)形成瓦斯涌出量信息表， 利用具有高度非線性和很強學(xué)習(xí)功能的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立瓦斯涌出量預(yù)測模型來解決瓦斯涌出量預(yù)測問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測模型的一個關(guān)鍵點是輸入維數(shù)和時間延遲的科學(xué)確定， 本章償試將混沌時間序列分析方法， 解決瓦斯涌出量預(yù)測時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)重構(gòu)維數(shù)和時間延遲確定問題.2.2 影響瓦斯涌出量的主要因素分析2.2.1 瓦斯涌出量的計量方式選擇 瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中， 從煤與巖石涌出到采掘空間的瓦斯數(shù)量， 通常用單位時間內(nèi)或單位質(zhì)量的煤體釋放出的瓦斯數(shù)量表示其大小。目前，

28、人類還不能完全揭示瓦斯變化的機理瓦斯涌出量有兩種計量方式， 即瓦斯的絕對涌出量和相對涌出量。瓦斯絕對涌出量是指單位時間涌出的瓦斯數(shù)量， 瓦斯相對涌出量是指平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯數(shù)量。煤礦在瓦斯實際測量時， 均采用絕對涌出量， 因此， 本文所述的瓦斯涌出量指的是絕對涌出量。2.2.2 影響瓦斯涌出量的主要因素分析 在煤炭生產(chǎn)中， 瓦斯涌出量的大小受煤層、地質(zhì)等自然因素和采掘等技術(shù)因素的綜合影響。影響瓦斯涌出量的主要因素包括：a. 煤層和圍巖的瓦斯含量煤層和圍巖的瓦斯含量是影響瓦斯涌出量的決定因素。如果煤層和圍巖的瓦斯含隨著煤層開采深度的增大， 煤層的瓦斯含量將增大， 因而開采過程中的瓦斯

29、涌出量也就越大。c. 煤層開采順序在煤層群中的最先開采煤層， 由于其涌出的瓦斯不僅來源于開采層本身， 而且還來源于上、下鄰近層， 因此， 最先開采煤層的瓦斯涌出量往往比開采其他各層時大好幾倍。d. 開采方法采煤方法的回采率越低， 瓦斯涌出量就越大， 因為丟煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。由于采用陷落法管理頂板比采用充填法管理頂板時造成頂板更大范圍的破壞與松動， 因而采用陷落法管理頂板時瓦斯涌出量大。e. 地面大氣壓力的變化當(dāng)氣壓下降時， 采空區(qū)積存的瓦斯會更多地涌入中， 使礦井瓦斯涌出量增大； 當(dāng)氣壓變大時， 礦井瓦斯涌出量會明顯減小。從以上分析可以得出 3 點結(jié)論： 人類還不能完全揭示瓦

30、斯變化的機理； 瓦斯涌出量受多種因素影響； 中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第131頁一些因素目前只能定性描述。d. 開采方法采煤方法的回采率越低， 瓦斯涌出量就越大， 因為丟煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。由于采用陷落法管理頂板比采用充填法管理頂板時造成頂板更大范圍的破壞與松動， 因而采用陷落法管理頂板時瓦斯涌出量大。e. 地面大氣壓力的變化當(dāng)氣壓下降時， 采空區(qū)積存的瓦斯會更多地涌入增大； 當(dāng)氣壓變大時， 礦井瓦斯涌出量會明顯減小。中， 使礦井瓦斯涌出量從以上分析可以得出 3 點結(jié)論： 人類還不能完全揭示瓦斯變化的機理； 瓦斯涌出量受多種因素影響； 一些因素目前只能定性描述。2

31、.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓦斯涌出量預(yù)測方法2.3.1 瓦斯涌出量預(yù)測思路 在瓦斯涌出量預(yù)測過程中， 建立比較準(zhǔn)確的預(yù)測模型是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。瓦斯涌出量預(yù)測建模是在對瓦斯涌出量問題進(jìn)行必要抽象和簡化的基礎(chǔ)上， 用數(shù)學(xué)工具建立瓦斯涌出量和某些參數(shù)間的關(guān)系式的過程。瓦斯預(yù)測模型的建立方法主要有兩類。一類是揭示瓦斯涌出客觀現(xiàn)象的機理性方法。瓦斯涌出規(guī)律的徹底揭示需要人們完全了解瓦斯產(chǎn)生、瓦斯涌出、瓦斯流動等機理， 機理性方法是在準(zhǔn)確了解瓦斯涌出現(xiàn)象基礎(chǔ)上建立機理模型而形成的方法。另一類方法是從分析已經(jīng)收集到的瓦斯涌出的歷史數(shù)據(jù)入手， 利用涌出量歷史數(shù)據(jù)建造時間系列的黑箱模型， 以黑箱模型為基礎(chǔ)推測瓦斯涌出量的發(fā)展趨

32、勢。根據(jù) 2.2 分析，考慮到瓦斯涌出量與自然條件、開采條件等幾十種因素切相關(guān)， 其中許多影響因素對瓦斯涌出量的影響只能定性分析， 而且目前人類還沒有完全揭示瓦斯變化的機理，因此，建立比較準(zhǔn)確的瓦斯涌出量機理模型十分困難。另外， 即使能建立比較準(zhǔn)確的瓦斯涌出量機理模型， 在實際應(yīng)用時也會因為參數(shù)難以得到而無法使用。而從開采和掘進(jìn)生產(chǎn)工作面獲得的瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)是幾十種因素對瓦斯涌出量綜合影響的結(jié)果， 因而能比較準(zhǔn)確反映瓦斯涌出量與各種狀態(tài)參數(shù)間存在的對應(yīng)關(guān)系。因此， 本章以瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 形成由輸入和輸出構(gòu)成的瓦斯涌出量信息表， 建立基于瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測模型來進(jìn)行瓦斯涌出

33、量的預(yù)測。2.3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓦斯涌出量預(yù)測原理 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓦斯涌出量預(yù)測需要解決以下幾個關(guān)鍵問題： 瓦斯涌出量數(shù)據(jù)重構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)的選擇、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法確定。2.3.2.1 瓦斯涌出量數(shù)據(jù)重構(gòu) 20 世紀(jì)下半葉，以混沌為代表的非線性科學(xué)得到了蓬勃發(fā)展?；煦绗F(xiàn)象介于確定關(guān)系和隨機關(guān)系之間?；煦缣N含著有序的特性， 因而不同于隨機運動?；煦畿壽E發(fā)散但逃逸不出奇異吸引子的約束, 因此，混沌具有一定程度的可預(yù)測特性。瓦斯涌出量數(shù)據(jù)可以看作是時間序列數(shù)據(jù)， 另外， 瓦斯涌出量數(shù)據(jù)又蘊含著眾多影響因素之間存在的高度非線性關(guān)系， 且人們已經(jīng)探討表明瓦斯涌出量測問題。本章將償試將混沌時間序

34、列分析方法應(yīng)用于瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)的重構(gòu)預(yù)測， 試圖通過時間序列的瓦斯數(shù)據(jù)重構(gòu)將數(shù)據(jù)蘊涵的涌出規(guī)律更好地表現(xiàn)出來， 為神經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第132頁網(wǎng)絡(luò)模型建立奠定良好的基礎(chǔ)?；煦鐣r間序列預(yù)測的基礎(chǔ)是狀態(tài)空間的重構(gòu)理論, 即把具有混沌特性的時間序列數(shù)據(jù)構(gòu)造為高維空間系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過相空間重構(gòu),可以找出隱在混沌吸引子的演化規(guī)律, 使現(xiàn)有的數(shù)據(jù)納入某種可描述的框架之下, 從而為時間序列的研究提供了一種嶄新的方法和思路。相空間重構(gòu)是非線性時間序列分析的重要步驟,重構(gòu)的質(zhì)量直接影響到模型的建立和預(yù)測。瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)重構(gòu)過程如圖2.1所示：2.4 應(yīng)用實例從 2004 年元月至

35、 2004年 12月，在江蘇 J 礦進(jìn)行了瓦斯涌出量數(shù)據(jù)的預(yù)測試驗。該礦 1969年投產(chǎn)， 是年產(chǎn) 180 萬噸的大型礦井， 現(xiàn)有礦工 6000 人。主要有 2 個開采煤層， 有 4 個采煤工作面、9 個掘進(jìn)工作面。瓦斯鑒定級別為低瓦斯礦井， 局部為高瓦斯區(qū)域。1973 年 6 月 23 日和 1977 年 2 月 19 日， 中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第133頁該礦發(fā)生了兩次瓦斯爆炸， 分別犧牲礦工 50 人、9 人。該礦一直采用礦山統(tǒng)計法預(yù)測瓦斯， 方法是將礦井積累的歷史數(shù)據(jù)與其對應(yīng)的開采深度相比較， 計算出涌出量梯度， 根據(jù)涌出量梯度外推至預(yù)測深部區(qū)域， 其預(yù)測精度一般在

36、60% 70%。選擇該礦采煤一區(qū) 2440 工作面連續(xù) 90 天的瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)如表 2.1 所示。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立預(yù)測模型。預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行比較分析， 以考核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法的準(zhǔn)確性。利用 C-C 法對瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行嵌入維數(shù)和時間延遲參數(shù)的計算， 得到嵌入維數(shù) m 為 5,時間延遲為 1。以表 2.1 歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行瓦斯涌出量數(shù)從表 2.3 可以看出，本章所研究的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓦斯涌出量預(yù)測模型平均誤差為 4.6，誤差低于 8 的數(shù)據(jù)占到全部試驗數(shù)據(jù)的 90。與該礦傳統(tǒng)的礦山統(tǒng)計法預(yù)測效果（ 精度在 60% 70%） 相比， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的

37、預(yù)測精度更高。2.5 本章小結(jié)由于瓦斯涌出量影響因素多而復(fù)雜， 因而建立能夠準(zhǔn)確反映瓦斯涌出量與影響因素之間定量分析的機理性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型比較困難， 另外， 在實際應(yīng)用機理模型時也會因為參數(shù) 難以得到而無法使用。但是，從煤炭生產(chǎn)工作面獲得的瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)是幾十種因素對瓦斯涌出量綜合影響的結(jié)果， 因而能比較準(zhǔn)確地反映瓦斯涌出量與各種狀態(tài)參數(shù)之間存在的對應(yīng)關(guān)系。本章以瓦斯涌出量歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來研究瓦斯涌出量預(yù)測方法。文中將混沌時間序列分析方法引入瓦斯涌出量預(yù)測領(lǐng)域， 解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第三章 面向瓦斯排放過程的責(zé)任管理方法研究3.1 引言只要進(jìn)行煤炭開采活動， 煤體中賦存的瓦斯就會

38、不斷涌出。涌出的瓦斯通過井下的進(jìn)行稀釋而降低到安全濃度， 最終被排放到大氣之中。這個過程的管理被稱為“ 瓦斯排放管理”。瓦斯排放管理是瓦斯預(yù)測之后的主要管理流程，是瓦斯管理的重要工作， 瓦斯爆炸、燃燒、窒息等事故都發(fā)生在這步管理流程之中。瓦斯排放管理的任務(wù)就是調(diào)節(jié)風(fēng)量或風(fēng)速、監(jiān)測瓦斯?jié)舛茸兓?。?jīng)過煤礦工作者長期的實踐， 井下工作地點供應(yīng)的風(fēng)量和風(fēng)速已經(jīng)滿足瓦斯安全稀釋的需要， 再進(jìn)一步加大風(fēng)量或風(fēng)速反而不利于井下安全生產(chǎn)（ 可能揚起煤塵而導(dǎo)致爆炸）。目中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第134頁前， 煤礦瓦斯排放管理的重點是測量井下現(xiàn)場空氣中瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r， 并根據(jù)變化情況采取相應(yīng)的

39、處置措施。一旦瓦斯排放過程管理失效， 則必然造成瓦斯事故。因此， 瓦斯排放過程的管理是瓦斯事故防范的關(guān)鍵。圍繞瓦斯排放管理， 目前全國煤礦都是采用“ 瓦斯員+監(jiān)測儀器” 的管理模式。技術(shù)手段之一是瓦斯員現(xiàn)場檢測： 瓦斯員攜帶瓦斯檢查儀， 按照規(guī)定地點、規(guī)定時間對瓦斯進(jìn)行測量， 發(fā)現(xiàn)問題可及時采取處置措施， 但這種手段沒有建立瓦斯員之外的其他礦工參與瓦斯管理的機制， 更沒有解決礦工在瓦斯管理方面的責(zé)任缺失這一要害問題。技術(shù)手段之二是瓦斯自動監(jiān)測儀井下監(jiān)控和報警： 瓦斯自動監(jiān)測儀能及時發(fā)現(xiàn)中的瓦斯含量變化情況并及時采取斷電措施， 但瓦斯自動監(jiān)測儀只能定點監(jiān)測， 其監(jiān)測覆蓋面有限， 而且， 在井下潮

40、濕的環(huán)境下， 監(jiān)測儀靈敏度也不可靠， 經(jīng)常誤報或誤操作。3.2 瓦斯排放管理現(xiàn)狀分析3.2.1 瓦斯事故誘因分析 瓦斯是無色、無味、無嗅、可以燃燒或爆炸的氣體， 以甲烷（ CH4） 成份為主。瓦斯從煤體釋放和涌出后， 容易隨巷道內(nèi)的空氣流動。瓦斯事故主要是指由于瓦斯?jié)舛瘸^一定標(biāo)準(zhǔn)后， 引起人員窒息、瓦斯燃燒、瓦斯爆炸等， 其中， 事故頻率最高、破壞程度最大、經(jīng)濟(jì)損失最多的是瓦斯爆炸。 瓦斯爆炸是瓦斯和空氣組成的爆炸性混合氣體在火源引發(fā)下發(fā)生的一種迅猛的氧化反應(yīng)的結(jié)果。瓦斯爆炸需要同時滿足三個條件： 瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 5% 16%、氧氣濃度不低于 12%、有火源存在?？諝庵醒鯕獾臐舛纫话阍?21%

41、左右， 是礦工生理所須的基本元素， 不可能降低其濃度。而瓦斯和火源則對安全生產(chǎn)十分有害。所以， 防止瓦斯爆炸事故的關(guān)鍵是“ 雙控制”： 控制瓦斯積聚、控制火源產(chǎn)生。瓦斯積聚是指局部區(qū)域或空間的瓦斯?jié)舛瘸^ 2%的現(xiàn)象， 造成瓦斯積聚的原因是瓦斯不斷地大量涌出， 同時對其沖淡、稀釋的風(fēng)量不足甚至停風(fēng)。除了瓦斯突出這一異常情況外，正常情況下造成風(fēng)量不足的原因包括風(fēng)機供風(fēng)能力不足、井下風(fēng)機停電、井下風(fēng)筒脫落或漏風(fēng)、風(fēng)門被長時間打開等。這些通風(fēng)管理因素都與人的責(zé)任行為有關(guān)， 可以通過加強責(zé)任管理而消除隱患。根據(jù)以上分析得出結(jié)論： 瓦斯事故的誘因是瓦斯積聚和產(chǎn)生火源， 而瓦斯積聚以及火源產(chǎn)生都與人的責(zé)任

42、行為有關(guān)。因此， 預(yù)防瓦斯事故的關(guān)鍵措施就是提高礦工的責(zé)任行為能力和責(zé)任意識， 防止礦工責(zé)任缺失。. 3.2.2 瓦斯管理體系分析 中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第135頁煤礦瓦斯管理長期形成的基本體系是總工程師領(lǐng)導(dǎo)下的專業(yè)隊伍和瓦斯自動監(jiān)測裝置相結(jié)合的管理體系。在煤礦，總工程師負(fù)責(zé)礦井的通風(fēng)、瓦斯防治工作，是瓦斯管理的第一責(zé)任者。各礦下設(shè)通風(fēng)工區(qū)， 通風(fēng)工區(qū)一般再分設(shè)通風(fēng)班組、瓦斯班組、防塵班組以及其它專業(yè)班組， 瓦斯班組的瓦斯員們分早、中、晚三個班專管瓦斯現(xiàn)場檢測工作。這種管理體系的優(yōu)點是管理隊伍專業(yè)、管理技術(shù)熟練、管理職責(zé)明確， 不足之處是瓦斯員人數(shù)很有限， 一名瓦斯員在井下需

43、負(fù)責(zé) 1 5 個工作地點， 難以覆蓋井下全部區(qū)域，也難以監(jiān)管井下全部礦工的行為。這種管理體系的產(chǎn)生結(jié)果是： 僅有少數(shù)人（ 主要是瓦斯員和少數(shù)管理人員） 對瓦斯管理重視、負(fù)責(zé)， 更多的礦工和管理者則沒有明確的瓦斯管理責(zé)任。事實上， 導(dǎo)致瓦斯積聚、產(chǎn)生爆炸火源的都不是瓦斯員， 引發(fā)瓦斯事故的都是缺乏瓦斯安全知識和安全管理責(zé)任的其他礦工。根據(jù)以上分析得出結(jié)論： 瓦斯管理必須由礦工全體參與、共同負(fù)責(zé)。3.2.3 瓦斯管理流程分析 一般地， 井下瓦斯管理的流程是： 瓦斯員入井到達(dá)工作區(qū)域 與上一班瓦斯員工作交接 瓦斯員對區(qū)域內(nèi)的每個檢查點第一次檢查， 并將檢查結(jié)果記錄在工作地點的“ 瓦斯?jié)舛扔涗浥瓢濉鄙?/p>

44、，同時電話報告通風(fēng)工區(qū)值班室 間隔 4 個小時后，進(jìn)行第二次檢查，更改牌板記錄并電話報告通風(fēng)工區(qū)值班室 等待下一班次的瓦斯員前來交- 返程、升井。通過以上分析得出結(jié)論： 瓦斯管理流程本身存在漏洞，易造成瓦斯管理責(zé)任缺失； 井下人員多、工作區(qū)域廣，需要組織每個礦工參與瓦斯管理；井下工作區(qū)域內(nèi)的礦工隸屬關(guān)系復(fù)雜， 須建立相互的監(jiān)督關(guān)系和責(zé)任聯(lián)結(jié)。3.3 瓦斯安全責(zé)任鏈管理模型構(gòu)建中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第136頁根據(jù)3.2對瓦斯事故誘因、瓦斯管理體系、瓦斯管理流程的分析結(jié)論， 瓦斯事故都與礦工的責(zé)任行為有關(guān)， 是礦工管理責(zé)任缺失所致。責(zé)任缺失的表現(xiàn)包括工作中存在管理漏洞或者違反有關(guān)

45、安全規(guī)定， 例如， 存在瓦斯管理責(zé)任空白、大部分礦工不承擔(dān)瓦斯管理責(zé)任、工作中違章、對他人違章行為不予制止、對存在的隱患不主動排除、不正常使用瓦斯管理設(shè)施、破壞通風(fēng)設(shè)施， 等等。因此， 避免瓦斯事故的根本辦法是強化每一個井下礦工在瓦斯安全管理方面的責(zé)任意識和責(zé)任行為， 并建立有效的責(zé)任監(jiān)督機制。因此， 瓦斯安全管理是流程維度、職能維度、時間維度構(gòu)成的三維交互責(zé)任結(jié)構(gòu)關(guān)系（ 如圖 3.3 所示）因此， 瓦斯安全管理是流程維度、職能維度、時間維度構(gòu)成的三維交互責(zé)任結(jié)構(gòu)關(guān)系（ 如圖 3.3 所示）。根據(jù)上節(jié)已經(jīng)確定的瓦斯責(zé)任鏈管理思想、責(zé)任聯(lián)結(jié)模式和崗位責(zé)任設(shè)計，瓦斯安全責(zé)任鏈模型如圖 3.4 所示

46、。第四章 瓦斯逃逸路徑優(yōu)化問題研究4.1 引言管理是瓦斯管理流程的重要環(huán)節(jié)， 是瓦斯常規(guī)管理失效的應(yīng)對措施上一章研究了瓦斯責(zé)任鏈管理方法， 旨在通過建立各種責(zé)任關(guān)系消除隱患， 提高煤礦中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第137頁瓦斯常規(guī)管理過程的可靠性。由于煤礦井下地質(zhì)因素、環(huán)境因素以人員素質(zhì)因素的復(fù)雜性， 如果一旦管理失效而發(fā)生瓦斯， 割斷瓦斯傳導(dǎo)效應(yīng)、避免人員傷亡則是首要目標(biāo)。瓦斯負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)是指直接影響之外， 通過的傳導(dǎo)而加重災(zāi)害程度， 表現(xiàn)為瓦斯事故后， 由于瓦斯事故誘發(fā)的火災(zāi)、氣體、沖擊波、巷道坍塌、瓦斯連鎖爆炸、煤塵爆炸等使得更多礦工犧牲在井下。割斷瓦斯負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)、避免人員傷亡

47、的最根本辦法是處在災(zāi)區(qū)的人員能夠在發(fā)生的最短時間內(nèi)逃逸自救。根據(jù)對過去發(fā)生的煤礦瓦斯事故分析， 由于礦工逃逸路徑的選擇不當(dāng)而加重事故損失的現(xiàn)象比較普遍（ 瓦斯負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)之一）。因此， 確定最佳的逃逸路徑則是贏得時間、成功逃逸的關(guān)鍵。在逃逸路徑的現(xiàn)場確定方面， 煤礦一直采用經(jīng)驗法進(jìn)行選擇， 具體規(guī)則是：若發(fā)生瓦斯沿新鮮(包括瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯燃燒、瓦斯?jié)舛瘸薜龋?始終的反方向向井口安全地點逃逸， 也就是說， 在發(fā)生瓦斯時， 不必考慮距離的長短， 只要逆新鮮方向逃逸。這個規(guī)則簡單明了， 但是， 忽視了幾個重要影響因素： 煤礦發(fā)生爆炸時，爆炸沖擊波瞬間毀損巷道內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施的同時， 也使得巷

48、道內(nèi)的紊亂或者轉(zhuǎn)向， 此時， 已無法憑新鮮方向判斷逃逸路徑。 井下的巷道網(wǎng)絡(luò)是錯綜復(fù)雜的，即使方向沒有改變，但這種沿因素）各不相同，新鮮逃逸的路徑往往有幾條，每一條的道路情況（應(yīng)該如何選擇？ 發(fā)生時，人的心理、生理都會發(fā)生心悸、恐懼、緊張、驚慌失措等反應(yīng)，此時，礦工必須在最短的時間內(nèi)脫離災(zāi)區(qū)、到達(dá)安全地點，為此， 不能不考慮最短路徑選擇問題。 災(zāi)情發(fā)生時，往往伴隨二次甚至多次災(zāi)情的連續(xù)發(fā)生， 使得受災(zāi)區(qū)域擴(kuò)大， 此時礦工在井下多停留一分鐘， 就意味著多一份生命危險。2004 年 12 月 28 日陜西銅川礦務(wù)局陳家山煤礦發(fā)生瓦斯爆炸時， 有1271664.2名礦工從災(zāi)區(qū)成功逃逸，而在此后的幾天

49、，又連續(xù)發(fā)生 4 次新的爆炸，致使名失蹤的礦工失去了任何獲救的希望。影響逃逸的關(guān)鍵因素分析2004 年 10 月 20 日河南大平煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸，298 名礦工成功逃生，另有 148 名礦工不幸遇難，大部分遇難礦工因為窒息而亡，其中有 62 具礦工遺體是在逃逸的途中被發(fā)現(xiàn)。在已經(jīng)遠(yuǎn)離事故爆發(fā)點的情況下， 由于逃逸路徑的選擇不當(dāng)而加重了損失， 由此提出了最佳逃逸路徑選擇的緊迫性問題。4.2.1 巷道寬度的影響分析 煤礦的巷道主要有回采巷道（ 工作面巷道）、準(zhǔn)備巷道（ 采區(qū)巷道）和開拓巷道，另外有各種聯(lián)絡(luò)巷道。不管是哪一類巷道，其掘進(jìn)時的寬度一般不會低于 1.5 米。在井下實際使用中， 往往

50、根據(jù)其用途， 在巷道內(nèi)要懸掛各種管線、擺放電器設(shè)備、安裝皮帶運輸機、利用礦車運輸各種物資等， 這些平時的生產(chǎn)設(shè)備在發(fā)生時則可能成為障礙物， 這些障礙物會減少巷道的有效通行寬度， 而通行寬度的改變會給發(fā)生時巷道內(nèi)的礦工逃逸帶來以下影響：人本身有一定寬度。如果巷道有效寬度越小， 則礦工通行難易程度越大； 如果巷道有效寬度接近人體寬度，則礦工通行十分困難；如果巷道有效寬度小于 0.5米時， 則根據(jù)現(xiàn)場測試， 不能作為與巷道有效寬度成反比。發(fā)生時的優(yōu)先通道?？傊?， 礦工通行難度中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第138頁4.2.2 巷道高度的影響分析 巷道挖掘一段時間后， 由于礦山壓力的作用，

51、巷道會變形。特別是工作面的回采巷道， 巷道高度變形量都比較大。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗， 巷道高度的改變會給發(fā)生時巷道內(nèi)的礦工逃逸帶來以下影響：人在直立時才能快速行走。巷道高度降低后， 礦工不可能正常直立， 因而影響逃逸速度。當(dāng)巷道有效高度低于 0.8 米時，則根據(jù)現(xiàn)場測試，不能作為生時的優(yōu)先通道?？傊?， 礦工通行難度與巷道有效高度成反比。4.2.3 巷道坡度的影響分析 發(fā)煤礦井下由于防止煤塵飛揚等原因， 需要噴霧灑水； 煤礦在開采過程中， 巖石中的水份也不斷滲出， 因此， 為了排水的需要， 井下巷道需要一定的坡度。同時， 井下煤層的賦存情況都是往深部發(fā)展的， 為了開采的需要， 井下巷道也必須帶有坡度。坡

52、度的大小不一， 一般不超過 30 度。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗， 坡度的改變會給發(fā)生時巷道內(nèi)的礦工逃逸帶來以下影響：巷道往井口的方向一般都是上坡，坡度越大， 行走越困難。此時， 礦工的逃逸速度與巷道的坡度成反比。4.3 瓦斯4.3.1 瓦斯逃逸路徑優(yōu)化模型研究發(fā)生時的逃逸策略 煤礦由于井下空間有限， 一旦發(fā)生， 災(zāi)害擴(kuò)散的速度快、范圍廣， 而且瓦斯、一氧化碳等氣體對人體極大， 容易引起負(fù)傳導(dǎo)效應(yīng)。因此， 最迅速的逃逸是避免更大傷亡的有效辦法。如果盲目選擇逃逸路徑， 則極易發(fā)生誤入難通行巷道或盲巷的情況， 從而導(dǎo)致人員傷亡的增加。4.3.2 瓦斯本文將瓦斯逃逸路徑優(yōu)化模型 發(fā)生地點到安全區(qū)域的逃逸路徑用 P

53、 來表示。該路徑包含的巷道數(shù)目為 n；逃逸路徑中第 k 條巷道以 Ak 表示；瓦斯區(qū)域的逃逸路徑 P 可以描述為發(fā)生地點到安全則巷道的當(dāng)量長度 L(Ak)可用如下公式進(jìn)行計算：瓦斯逃逸路徑優(yōu)化策略就是尋找最短當(dāng)量長度的逃逸路徑。按照最短當(dāng)量長度的逃逸路徑逃逸， 在逃逸速度相同情況下逃逸時間最短。因此， 按照瓦斯逃逸路徑優(yōu)化策略選擇的逃逸路徑， 成功逃逸的概率最大.瓦斯逃逸路徑優(yōu)化模型就是在所有的瓦斯發(fā)生地點到安全區(qū)域的逸逃逸路徑優(yōu)化模型可以路徑 P 中，搜索最短當(dāng)量長度的逃逸路徑 P*。瓦斯用如下公式描述：中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第139頁式中，K(Ak)表示巷道 Ak 寬度，

54、G(Ak)表示巷道 Ak 高度，F(xiàn)(Ak)表示巷道 Ak風(fēng)門兩面的壓差； i、j 是節(jié)點編號， N 是節(jié)點總數(shù)， O 是工人作業(yè)節(jié)點， V0 是安全出口節(jié)點；(ij)表示以節(jié)點i、j為端點的有向邊， A是有向邊的集合。并且特別地， 當(dāng)某條巷道的當(dāng)量長度 Lij=， 表示此路不通。災(zāi)變環(huán)境下逃逸路徑優(yōu)化算法流程如圖 4.1 所示：中國礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計第140頁第五章 提升安全管理技能的礦工學(xué)習(xí)力模型研究5.1 引言前三章分別從瓦斯預(yù)測、瓦斯責(zé)任鏈管理、瓦斯逃逸等瓦斯管理流程的三個主要環(huán)節(jié)分別研究了瓦斯事故防治和減災(zāi)問題， 而根據(jù)對煤礦瓦斯事故的調(diào)查分析， 煤礦 96.59%以

55、上的事故都與礦工的個人行為有關(guān)， 主要原因是礦工的安全操作技能較低， 難以保障上理流程的安全可靠性， 由此提出了礦工安全操作技能提高的深層次問題。對此， 瓦斯管理專家張鐵崗等進(jìn)一步認(rèn)為： 提高礦工隊伍素質(zhì)， 讓礦工掌握瓦斯安全的操作和管理技能， 這是瓦斯管理的重要基礎(chǔ)， 因為沒有個人技能做保障， 再先進(jìn)的裝備、再可靠的環(huán)境、再科學(xué)的管理技術(shù)也無法避免瓦斯事故的發(fā)生。一般地，提高礦工安全操作技能的途徑有 2 條：其一是象國外煤礦和國內(nèi)的民航企業(yè)那樣招收高素質(zhì)的員工，其二是對現(xiàn)有礦工進(jìn)行崗前或在職培訓(xùn)、學(xué)習(xí)。由于我國的煤礦生產(chǎn)條件差、危險性高、薪酬少、礦工社會地位低， 難以招收到高素質(zhì)的員工， 因

56、而第一條途徑目前不適合我國的國情和礦情。因此， 只能通過對現(xiàn)有礦工進(jìn)行不間斷培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行技能提升。目前， 國有煤礦企業(yè)對礦工的培訓(xùn)都能夠按照煤礦安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定正常開展， 私營煤礦也在監(jiān)督管理部門的監(jiān)督下加強了對礦工的培訓(xùn)工作。但是， 由于礦工的知識基礎(chǔ)、年齡、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)激勵程度等學(xué)習(xí)障礙因素的存在， 一般礦工培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的效果比較差， 培訓(xùn)的投入沒有得到應(yīng)有的產(chǎn)出， 培訓(xùn)質(zhì)量沒有達(dá)到預(yù)期效果， 礦工的瓦斯安全管理技能提高程度改變不明顯， 因此， 消除礦工的學(xué)習(xí)智障， 提高礦工的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)效果， 對礦工瓦斯管理技能的掌握十分關(guān)鍵。5.2 礦工培訓(xùn)狀況和學(xué)習(xí)障礙分析5.2.1 礦工培訓(xùn)和文化結(jié)構(gòu)統(tǒng)計分析 選擇江蘇 J 礦作調(diào)查樣本， 對該礦井下礦工的培訓(xùn)和文化結(jié)構(gòu)做調(diào)查統(tǒng)計。該礦是國有大型煤礦， 對礦工的培訓(xùn)學(xué)習(xí)比較重視， 礦上專門設(shè)立了負(fù)責(zé)培訓(xùn)工作的“ 人力資源開發(fā)部”。該礦 2004 年 12 月 31 日在冊井業(yè)的一線礦工和輔助單位礦工共計 3547 人，其培訓(xùn)和文化結(jié)構(gòu)基本狀況匯總?cè)绫?5.1 所示。表5.1 顯示，該礦 3547 名井下礦工中，高中