【正文】 等，并取得了豐碩的研究成果。 early warning model?；陟乩碚摵涂赏乩碚摻⒘嘶陟貦?quán)—可拓理論的綜合預(yù)警模型。所以對瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進行深入研究就具有重要的理論意義和重大的現(xiàn)實意義。感謝能源學院為我上課的所有老師，他們給予了我很多的知識和方法，提供了大量的幫助，從而使我的論文得以順利完成。本人授權(quán) 河南理工大學 可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等手段保存、匯編、出版本學位論文。論文中除了特別加以標注和致謝的地方外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意。保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書。感謝在百忙之中評閱我的論文的專家們！感謝我拜讀過的文章的作者們給予我的啟發(fā)！特別的感謝給予我的愛人女士，是她帶著我們8歲的女兒長大，獨自一人承擔了所有的家務(wù)，默默地給予了我莫大的支持和幫助，在此表示衷心的謝意！感謝我的父母、我的家人和許多朋友，他們或提供有價值的建議，或默默地提供各種形式的幫助，他們對我的鼓勵和幫助使我克服了許多困難，在此一并表示深深的謝意！感謝所有關(guān)懷和幫助我的人!摘要據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局統(tǒng)計，自2001年以來的煤礦重特大事故中，瓦斯事故始終占據(jù)了第一位，已經(jīng)成為我國煤礦生產(chǎn)中首要的重大災(zāi)害。通過運用預(yù)警理論和可拓理論等多學科交叉理論，理論分析與實證研究并重，對煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進行了深入地研究，為煤礦實施瓦斯災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)提供理論支持和技術(shù)支撐。最后利用建立的指標體系和預(yù)警模型對平頂山東礦區(qū)的4個樣本進行了預(yù)警分析，得出了預(yù)警的等級以及4個樣本突出危險程度的差異。 early warning indices。預(yù)警理論起源于西方發(fā)達國家，它的起源可以追溯到19世紀末期，目前在經(jīng)濟和軍事領(lǐng)域運用得比較多。1950年，美國經(jīng)濟學家穆爾從近千個統(tǒng)計指標的時間數(shù)列中選擇了具有代表性的21個指標，構(gòu)建了一個新的多指標綜合信息系統(tǒng)——擴散指數(shù)（Diffusion Index）。從20世紀80年代開始，預(yù)警理論開始應(yīng)用到管理領(lǐng)域，當時在美國興起的企業(yè)危機管理震撼了管理界。國際上日本在自然災(zāi)害（地震、海嘯、火山、惡劣天氣（臺風、降雨、降雪、洪水、泥沙））預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方面走在了前列，其所取得的成績和所積累的經(jīng)驗對世界各國，特別是發(fā)展中國家有著重要的指導(dǎo)作用和借鑒意義。其中具有代表性的著作有：1990年陳永昌教授的《經(jīng)濟周期與預(yù)警系統(tǒng)》、1993年顧海兵教授的《未雨綢繆——宏觀經(jīng)濟預(yù)警研究》、1999年佘廉教授主編的預(yù)警管理叢書（包括技術(shù)創(chuàng)新風險管理、產(chǎn)品開發(fā)預(yù)警管理、企業(yè)營銷預(yù)警管理等）、2004年佘廉教授主編的災(zāi)害預(yù)警管理叢書（采掘業(yè)、水運交通災(zāi)害預(yù)警等）、2006年文俊的《區(qū)域水資源可持續(xù)利用預(yù)警系統(tǒng)研究》、曹慶貴教授的《企業(yè)風險管理與監(jiān)控預(yù)警技術(shù)》、2007年葛曉立教授的《典型地區(qū)土壤污染演化與安全預(yù)警系統(tǒng)》、李毛的《煤礦地面系統(tǒng)預(yù)警管理：以煤矸石山災(zāi)害預(yù)警管理為例》、2008年景國勛、楊玉中的《礦山重大危險源辨識、評價及預(yù)警技術(shù)》。表11 國家自然科學基金委資助的瓦斯預(yù)警項目 Research project of gas funded by NSFC項目編號項目名稱負責人負責人單位資助金額起止時間50574005/E041504可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)的煤礦瓦斯預(yù)警模型的研究周孟然安徽理工大學232006200850534060/E04煤礦瓦斯傳感技術(shù)和無線與綜合預(yù)警信息系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究楊維北京交通大學1502006200950534050/E04煤礦瓦斯傳感技術(shù)和預(yù)警系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究葛運建中國科學院合肥智能機械研究所1802006200950274070/E040105煤與瓦斯突出的氫氮甲烷聯(lián)測預(yù)警技術(shù)基礎(chǔ)研究梁漢東中國礦業(yè)大學（北京）1920032005 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 預(yù)警機制的研究現(xiàn)狀在煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警機制方面，國內(nèi)外僅在礦山危險源辨識及評價方面取得了一定的成果，但尚未達到成熟應(yīng)用的階段。國內(nèi)外許多學者根據(jù)其理論思考與實踐經(jīng)驗構(gòu)建了各自的指標體系，尤其是在財務(wù)預(yù)警系統(tǒng)方面。關(guān)于煤礦整體安全預(yù)警系統(tǒng)的指標體系只有太原理工大學的王漢斌等人（2004）提出了一種初步的預(yù)警指標體系，該體系中包含井下監(jiān)測指標體系、地面監(jiān)測指標體系、外在環(huán)境監(jiān)測指標體系三部分。 預(yù)警模型的研究現(xiàn)狀由于國內(nèi)外關(guān)于煤礦災(zāi)害預(yù)警的研究很少，所以到目前為止，據(jù)檢索的文獻來看，幾乎沒有見到關(guān)于煤礦災(zāi)害預(yù)警的預(yù)警模型。最早的單變量模型是由美國的財務(wù)分析專家William Beaver于1966年提出的，他在對1954—1964年間出現(xiàn)失敗跡象（出現(xiàn)破產(chǎn)、拖欠償還債券、透支銀行賬戶或無力支付優(yōu)先股利四項中的任何一項）的79家企業(yè)進行分析后得出了如下結(jié)論：通過研究個別財務(wù)比率的長期走勢可以預(yù)測企業(yè)所面臨的危機狀況。（2）多變量統(tǒng)計分析模型。這類模型主要是運用現(xiàn)代統(tǒng)計學中回歸分析的方法來建立預(yù)警指標變量與企業(yè)危機之間的因果關(guān)系。2）多元判別分析模型。就是根據(jù)觀測對象到“失敗組”與“非失敗組”兩個總體的距離的不同來判定其歸屬。三是貝葉斯（Bayesian）判別。利用主成分分析法建立的模型中，較為典型的模型是Diamand模型。許多學者多根據(jù)各國的具體情況，建立了不同的多變量統(tǒng)計分析模型。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警模型。將這些模型用于企業(yè)風險的預(yù)警則是20世紀90年代才發(fā)生的事，Lapedes和Fayber（1987）首次運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對銀行的信用風險進行了預(yù)測和分析，Trippi和Turban等學者（1992）運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法對美國銀行的財務(wù)危機進行了分析。遼寧工程技術(shù)大學的王洪德博士（2004）則將粗集理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提出了基于粗集—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通風系統(tǒng)可靠性預(yù)警模型。 瓦斯災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀羅新榮等選取井下瓦斯涌出峰值、瓦斯上升梯度、瓦斯超限時間和瓦斯下降梯度4個參數(shù)作為突出預(yù)測的特征指標，并開發(fā)了瓦斯預(yù)警系統(tǒng)。他們在數(shù)字礦山技術(shù)體系下的煤礦瓦斯智能預(yù)警研究主要集中在以下2個方面：煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測和煤與瓦斯突出指標預(yù)測。田水承等提出用案例推理方法預(yù)測瓦斯爆炸的思想，并給出案例推理的瓦斯爆炸預(yù)警系統(tǒng)的原型，研究了系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù):案例的知識表達、案例檢索和案例學習等。2005年度國家自然科學基金重點資助項目《煤礦瓦斯傳感技術(shù)和預(yù)警系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究》也主要是系統(tǒng)研究瓦斯信息的采集、處理、傳輸和智能化預(yù)警四大環(huán)節(jié)。只有加強災(zāi)害預(yù)警的理論研究，尤其是預(yù)警機制及運行保障機制的研究，實踐中的預(yù)警研究才可能真正有所突破。到目前為止，尚未見到關(guān)于煤礦瓦斯重大災(zāi)害的預(yù)警指標體系，所以煤礦瓦斯重大災(zāi)害的預(yù)警指標體系急需建立，而且需要深入研究指標體系的合理性、科學性、實用性。所以需要深入研究適應(yīng)煤礦瓦斯重大災(zāi)害特點的綜合預(yù)警模型。 研究煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警的意義煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，也是國家能源安全的基石，是關(guān)系國家經(jīng)濟命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，《國務(wù)院關(guān)于促進煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見》中進一步強調(diào)了煤炭工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要戰(zhàn)略地位，而煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須以保障煤礦安全生產(chǎn)為前提。煤礦嚴峻的安全生產(chǎn)形勢造成了大量人員傷亡、重大財產(chǎn)損失和嚴重的社會影響，也引起了國際社會的廣泛關(guān)注。開展煤礦安全科技攻關(guān)為實施“重大事故隱患治理”公共服務(wù)重點工程和“煤礦安全專項整治”工程提供保障。2000年，在3人以上事故中，共發(fā)生瓦斯事故337起，死亡2600人，%、%；其中10人以上瓦斯事故69起，死亡1319人，%、%。2005年全國煤礦發(fā)生瓦斯事故405起，死亡2157人，死亡人數(shù)居各類煤礦事故首位?，F(xiàn)有的礦山瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上起到了減少事故發(fā)生的效果，但總的來說還存在很多不成熟、不完善的地方，特別是現(xiàn)有礦山安全保障系統(tǒng)的預(yù)警功能不強，基本上停留在報警而不是預(yù)警這樣的一個水平上，雖然瓦斯災(zāi)害因子的監(jiān)測和預(yù)報技術(shù)也有一定程度上的應(yīng)用，到目前為止還沒有形成成熟的技術(shù)，沒有成為一個完整預(yù)警系統(tǒng)的一部分。 論文研究的主要內(nèi)容本論文以煤礦采掘工作面瓦斯災(zāi)害為研究對象，研究瓦斯災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。建立煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)警的指標體系，建立基于熵權(quán)—可拓理論的煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)警的動態(tài)綜合模型。預(yù)警的基礎(chǔ)理論主要包括危機管理理論、瓦斯突出理論、系統(tǒng)非優(yōu)理論、系統(tǒng)控制論和安全科學理論等。雖然眾多的學者給出了不同的危機管理的定義，但他們都強調(diào)了如下內(nèi)容，危機管理是一個時間序列，既包括危機爆發(fā)前的準備管理，也包括危機爆發(fā)過程中的應(yīng)急管理和危機爆發(fā)后的恢復(fù)和評估管理；危機管理的目的在于控制、減少乃至消除危機可能帶來的危害。芬克出版了《危機管理：為不可預(yù)見危機做計劃》一書，對危機管理進行了比較系統(tǒng)的研究，建立了較為系統(tǒng)的危機管理分析框架。不僅如此，危機管理的教育也得到重視和發(fā)展，現(xiàn)在，美國、歐洲各知名大學的商學院都普遍講授危機管理課程。90年代初，國家自然科學基金曾先后資助佘廉等人從事《企業(yè)逆境管理——管理失誤成因分析及企業(yè)滑坡對策研究》、《企業(yè)危機的預(yù)警原理與方法》等研究項目，開始涉足危機管理的研究工作，并將危機管理理念開始應(yīng)用于風險和災(zāi)害預(yù)警的研究。尤其是2003年春夏之交在我國爆發(fā)的SARS疫情，給企業(yè)的危機管理敲了一記響亮的警鐘。企業(yè)外環(huán)境危機的來源是企業(yè)重要的威脅。但外在環(huán)境同時也是企業(yè)生存與發(fā)展的空間，企業(yè)決策者應(yīng)該了解該環(huán)境的現(xiàn)狀特性，預(yù)測其可能發(fā)展的趨向，選擇較有把握的環(huán)境，擬定各種發(fā)展戰(zhàn)略。由于供給者及購買者的談判能力，不足以立刻使企業(yè)陷入存亡之地，而原有供應(yīng)商的叛離，反而常是企業(yè)危機的來源。圖22 外環(huán)境“四力”危機結(jié)構(gòu) 4 force crisis structure of external environment危機結(jié)構(gòu)論不僅指出了企業(yè)外環(huán)境的危機來源，而且為企業(yè)的決策者在制定危機應(yīng)急計劃和預(yù)案及救援對策時指明了方向。企業(yè)危機從誕生（Birth）、成長（GrowthCrisis）、成熟（Maturity）到死亡（Death），有其不同的生命特征。在此時期，危機征兆雖然整體不很明顯，但若能掌握警情并及時處置，將危機扼殺于無形，自然能消除危機風暴；反之，若忽略企業(yè)危機警情，喪失先機，那么小警情就有可能變成大危機。企業(yè)危機直接威脅到企業(yè)的生存與發(fā)展。企業(yè)危機一旦爆發(fā)，因為它的爆發(fā)力與破壞力，會對這個企業(yè)產(chǎn)生威脅。在圖23中，從危機因子醞釀期，有一條箭頭直接指向危機處理期，這是最佳的危機處理途徑。即使能針對問題、解決問題，但難免仍有危機殘余因子的存在，因此危機會重新進入醞釀期。企業(yè)危機生命周期理論的特色在于，先區(qū)分一般所認為的表層危機與深層危機，然后再進一步地提出危機診斷，尤其是在醞釀期具有危機預(yù)警的功能；爆發(fā)期能識別危機威脅企業(yè)的嚴重程度；擴散期說明危機處理的速度與危機擴散的速度之間所產(chǎn)生的時間落差（Time Lag）及可能產(chǎn)生的種種狀況，同時也探討了企業(yè)危機擴散的方向和可能的發(fā)展結(jié)果。在牽一發(fā)而動全身的息息相關(guān)時代，不是只有企業(yè)危機會沖擊社會總體面，其他國家或國際重大政治、經(jīng)濟事件，也同樣會影響到企業(yè)的營運。圖24 企業(yè)危機擴散架構(gòu) Difused framework of enterprise crisis（5）危機變化的結(jié)構(gòu)論研究企業(yè)危機管理的國際學者Ian I. Mintroff提出企業(yè)危機管理最佳模式，此模式包含四大關(guān)鍵因素：危機型態(tài)與風險、危機管理機制、危機管理系統(tǒng)、利益關(guān)系人。企業(yè)危機林林總總，危險程度亦不相同。任何復(fù)雜的組織都可以運用多層次組織的洋蔥模式（Onion Model）進行分析。至于組織結(jié)構(gòu)與文化因素，主要是觀察不同組織的次級系統(tǒng)如何互動；組織最內(nèi)層的高級主管心理，是研究危機處理最不容易獲得的資料，但也是企業(yè)危機處理表現(xiàn)的決定因素。在Ian I. Mintroff提出的危機管理最佳模式中，危機形態(tài)與風險、企業(yè)危機管理機制、危機處理系統(tǒng)、企業(yè)利益關(guān)系人等因素本身不但是動態(tài)發(fā)展的，而且這些因素始終處在互動狀態(tài)（如圖25中的循環(huán)箭頭），動態(tài)互動必然會產(chǎn)生結(jié)果。瓦斯事故的發(fā)生，不僅給國家的生命財產(chǎn)造成巨大損失，在國內(nèi)外產(chǎn)生極其惡劣的影響，而且影響煤炭生產(chǎn)正常進行。從而造成人員傷亡、巷道和設(shè)備被毀壞等惡果。在瓦斯涌出量大的礦井，如果瓦斯?jié)舛仍诨鹪聪缜坝诌_到爆炸濃度，還會引起爆炸，如此循環(huán)出現(xiàn)，形成連續(xù)爆炸。3）移動和破壞電氣設(shè)備、機械設(shè)備，可能在沖擊波通過的巷道中發(fā)生二次性著火。（3）礦井空氣成分改變瓦斯爆炸可使礦井空氣成分發(fā)生下列變化：1）氧濃度降低。高濃度的二氧化碳會引起現(xiàn)場人員因缺氧而窒息死亡；一氧化碳具有很強的毒性，實際上在爆炸事故中一氧化碳是引起大量人員傷亡的主要原因。一氧化碳和氫氣均是不完全燃燒的產(chǎn)物，因此瓦斯?jié)舛冗_到爆炸上限的爆炸時，釋放的一氧化碳和氫氣數(shù)量最多。能最易（即在最小著火能量下）激發(fā)著火（爆炸），并且爆炸中能釋放出最大能量的濃度稱為最佳爆炸濃度，也即在最佳爆炸濃度下有最大的動力效應(yīng)——最大的火焰鋒面速度、最強的沖擊波、最高的火焰鋒面溫度和最高的沖擊波波峰壓力。發(fā)生最初著火（爆炸）的瓦斯?jié)舛纫姳?1所列。實際上，火源作用的強度標志是它們的溫度。當氧氣濃度低于12%時，瓦斯混合氣體將失去爆炸性。（1）突出危險性隨采掘深度增加而增大突出次數(shù)和強度隨采掘深度增加而增加是突出的普遍規(guī)律，對每個礦井、煤層都有一個發(fā)生突出的最小深度，當少于該深度時不發(fā)生突出，該深度簡稱為始突深度。風鎬落煤和手鎬落煤時發(fā)生的突出，一般占突出總次數(shù)的12%～16%。（6）突出大都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶易發(fā)生突出的地質(zhì)構(gòu)造帶有下列8種類型：向斜軸部地帶；帚狀構(gòu)造收斂端；煤層扭轉(zhuǎn)區(qū)；煤層產(chǎn)狀變化區(qū)；煤包及煤層厚度變化帶；煤層分岔處；壓性、壓扭性斷層地帶；巖漿巖侵入帶。1）瓦斯為主導(dǎo)作用的假說這類假說主要包括：①瓦斯包說，②粉煤帶說