【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 研究 ， 綜放面火災(zāi) 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的難點(diǎn)在于許多因素的不確定性和隱蔽性，如何將這些不確定的信息考慮在內(nèi)并進(jìn)行分析，是值得深入考究的一個(gè)重要問(wèn)題 。 在這方面，未確知數(shù)學(xué)理論提供了一個(gè)比較好的途徑，未確知測(cè)度模型嚴(yán)謹(jǐn)，評(píng)價(jià)結(jié)果合理、精細(xì)，更適合于 綜放面 火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。 未確知測(cè)度 理論介紹 設(shè)某評(píng)價(jià)對(duì)象 R 有 n 個(gè)，則評(píng)價(jià)對(duì)象空間 R={R1, R2, ?, R n}。對(duì)于每個(gè)評(píng)價(jià)的對(duì)象 Ri(i=1,2,?,n) 有 m 個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)空間，即 X={X1,X2,?,X m}。則 Ri可表示為 m維向量 Ri ={xi1,xi2,?,x im}，其中， xij表示研究對(duì)象 Ri關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)Xj的測(cè)量值。 對(duì) Ri的每個(gè)子項(xiàng) xij(i =1,2,?, n ； j=1,2,?,m) ，假設(shè)有 p 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，且把評(píng)價(jià)空間記為 U，則有 U={C1,C2,?,C p}。設(shè) Ck( k=1,2,?,p ) 為第 k級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)，且 k級(jí)比 k+ l級(jí)危險(xiǎn)等級(jí) “ 高 ” ，記作 CkCk+1。若滿足 ClC2 C3 ? C k，稱 {C1,C2,?,C p}是評(píng)價(jià)空間 U的一個(gè)有序分割類。 單指標(biāo)測(cè)度 若 μ ijk=μ （ xij∈ Ck）表示測(cè)量值 xij屬于第 k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí) Ck的程度，且要求滿足： 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） 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 5 式（ 2）稱為 “ 歸一性 ” ，式（ 3）稱為 “ 可加性 ” 。滿足式（ 1） （ 3）的μ 稱為未確知測(cè)度（ uncertainty measure） ,簡(jiǎn)稱測(cè)度。對(duì)于每個(gè)評(píng)價(jià)的對(duì)象Ri(i=1,2,?,n) ，稱矩陣（ μ ijk） m179。p 為對(duì)象 Ri的單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣，且有 ： 11 12 121 22 212()i i i pi i i pijk m pim im im p? ? ?? ? ??? ? ??????????? （ 4） 指標(biāo)權(quán)重的確定 設(shè) wj 表示測(cè)量指標(biāo)與其他指標(biāo)相比具有的相對(duì)重要程度，如果 wj 滿足：0≤ wj≤1 ，且1 1mjj w? ??，則稱 wj為 Xj的權(quán)重， w={w1,w2,?, wm}稱為指標(biāo)權(quán)重向量?？衫渺卮_定權(quán)重，即 ： ijk ijkk111 lglgpjv p ????? ? （ 5） m1j j iiw v v?? ? （ 6） 因?yàn)閱沃笜?biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣式（ 4）是已知的，所以通過(guò)式（ 5）、（ 6）可求得 wj。 多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量 令 μ ik=μ (Ri∈C k)為評(píng)價(jià)樣本 Ri屬于第 k 個(gè)評(píng)價(jià)類 Ck的程度，則有 ： 1mik j ijkj w????? （ i=1,2,?,n。 k=1,2,?,p ） (7) 顯然有 0≤ μ ik≤1 ，以及1 1pikk ?? ??，所以式（ 7）是未確知測(cè)度，故稱 {μ i1, μ i2,?,μ ip}為 Ri的多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量。 置信度識(shí)別準(zhǔn)則 為了對(duì)評(píng) 價(jià)對(duì)象作出最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則：設(shè) λ 為置信度（ λ ≥ ），若 C1C2?C p，且令 ? ?p0 k1m in : , k 1 , 2 , ,ilk k p?????? ? ?????? （ 8） 則認(rèn)為評(píng)價(jià)樣本 Ri屬于第 k0個(gè)評(píng)價(jià)類 Ck0。 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 6 綜放面 火災(zāi) 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 指標(biāo)及指標(biāo)函數(shù) 對(duì)綜放面火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行研究對(duì)于開(kāi)采具有自燃危險(xiǎn)性煤層的礦井具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和資料調(diào)研，從分析影響綜放面火災(zāi)危險(xiǎn)性的“ 人 ” 、 “ 機(jī) ” 、 “ 環(huán)境 ” 三個(gè)方面的影響因素入手，對(duì)影響綜放面火災(zāi)危 險(xiǎn)程度的因素進(jìn)行篩選，影響因素的量化采用模糊數(shù)學(xué)方法或?qū)＜乙庖?jiàn)法，將影響因素分級(jí)并取值，評(píng)判程度劃分 Ⅰ 級(jí)（ C1）、 Ⅱ 級(jí)（ C2）、 Ⅲ 級(jí)（ C3）、 Ⅳ 級(jí)（ C4），分別表示危險(xiǎn)程度極高、 危險(xiǎn)程度高 、危險(xiǎn)程度一般、危險(xiǎn)程度較低。基于未確知測(cè)度理論建立綜放面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)工作面進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，以此指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)礦區(qū)的火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防滅火管理工作。 綜放面 自燃發(fā)火危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 因素的選取 根據(jù) 綜放面 火災(zāi)有關(guān)資料，選取 16 個(gè)因素作為評(píng)價(jià) 綜放面 火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響因子，分別是煤層賦存地質(zhì)構(gòu)造、 工作面淋水情況 、工 作面周?chē)_(kāi)采情況、采空區(qū)冒落及充填情況、工作面電氣設(shè)備、工作面火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、工作面防滅火技術(shù)及措施、煤易發(fā)火性、煤層厚度、煤層傾角、煤層埋深、圍巖溫度、工作面回采率、工作面日產(chǎn)量、工作面供風(fēng)量、工作面推進(jìn)度 (分別用 X1， X2， X3，X4， X5， X6， X7， X8， X9， X10， X11， X12， X13， X14， X15， X16 表示 )，其中對(duì) X1～ X8 等 8 個(gè)影響因素由專家采取半定量化的方法進(jìn)行賦值。 X9～ X16 等 8個(gè)影響因素用實(shí)測(cè)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)和隸屬函數(shù)圖的建立 借助于數(shù)學(xué)軟件 MATLAB，分別對(duì) X1～ X16 等 16 個(gè)影響因素建立隸屬函數(shù)和隸屬函數(shù)圖，其過(guò)程如下： 定性指標(biāo) 。 根據(jù)定性指標(biāo)的特點(diǎn)，由專家建立定性指標(biāo) X X X XX X X7和 X8 的 單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)圖 ， 如圖 21所示 。 煤層厚度 。 根據(jù)煤層厚度分類方法，煤層按照厚度分為薄煤層 ()、中厚煤層 (～ )、厚及特厚煤層 ()。采煤工作面開(kāi)采的煤層厚度一般都是在一定的范圍內(nèi)變化的，由于采煤工作面支架支撐高度變化范圍是一定的，因此煤厚變化的幅度越大，對(duì)回采過(guò)程的影響越大，可能的丟煤量就越多 ，采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性也越大。根據(jù)煤層厚度對(duì)自燃危險(xiǎn)性影響的特點(diǎn)，采用 “ 三角形分布 ” 進(jìn)行隸屬度函數(shù)刻畫(huà)，隸屬度函數(shù)圖形如圖 22，自變量 x為煤層厚易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 7 度，單位為 m，變化區(qū)間為 [0， ∞) ， u1=trimf[Nan, 0, ]， u2=trimf[0, , ]， u3=trimf[, , 10]， u4=trimf[, 10, ∞] ，節(jié)點(diǎn) sj 為： s1=0m；s2=； s3=； s4=10m。 圖 21 定性指標(biāo) X X X X X X X7和 X8單指標(biāo)測(cè)度 函數(shù) 圖 22 煤層厚度 X9的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 煤層傾角 。 煤層傾角較大時(shí)，特別是急傾斜煤層，由于采煤方法等原因往往造成采空區(qū)丟煤量較多，采空區(qū)封閉困難，采空區(qū)自燃危險(xiǎn)程度較大。煤層傾角評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)用 “ 三角形分布 ” 和 “ 梯形分布 ” 來(lái)刻畫(huà)，隸屬度函數(shù)圖形如圖 23， 其中自變量 x 為煤層傾角，單位為度，變化區(qū)間為 [0,90]，u1=trimf[Nan,0,8],u2=trimf[0,8,25],u3=trimf[8,25,45],u4=trampf[25,45,90,Nan],節(jié)點(diǎn) sj為： s1=0， s2=8， s3=25， s4=45。 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 8 圖 23 煤層傾角 X10的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 煤層埋深 。 煤層埋藏深度越大，煤體的原始溫度越高，煤中所含水份越少，煤層開(kāi)采自燃發(fā)火危險(xiǎn)性較大，但開(kāi)采深度過(guò)小時(shí)又容易形成與地表的裂隙溝通，也會(huì)在采空區(qū)形成浮煤自燃。埋藏深度評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度為三角形分布和梯形分布，煤層埋藏深度評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)圖形如圖 24，其中 x 表示埋藏深度，單位為 m，其變化區(qū)間為 [0， ∞) ， u1=trimf[100, 200, 300], u2=trimf[200, 300, 500], u3=trimf[300, 500, 700]， u4 為兩段： trampf[Nan, 0, 100, 200]和trampf[500, 700, 1000, ∞ ），節(jié)點(diǎn) sj為： s1=100m； s2 =200m； s3=300m； s4=500m；s5=700m。 圖 24 煤層埋深 X11的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 圍巖溫度 。 煤巖原始溫度越高，采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性越大。圍巖溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 25，自變量 x表示圍巖溫度，單位為 ℃ 。其變化區(qū)間為 [0, ∞) ， u1=trampf[Nan, 0, 10, 15], 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 9 u2=trimf[10, 15, 25]， u3=trimf[15, 25, 35], u4=trampf[25, 35, 50, ∞) ，節(jié)點(diǎn) si為： s1=10℃ ； s2=15 ℃ ； s3=25℃ ； s4=35℃ 。 圖 25 圍巖溫度 X12的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 工作面回采率 。 評(píng)價(jià)回采率對(duì)自燃危險(xiǎn)性的影響，采用專家意見(jiàn)法確定其隸屬度。隸屬度函數(shù)圖形如圖 26，自變量 x表示采煤工作面回采率，變化區(qū)間為 [0, 1]， u1=trimf[, 1, Nan]， u2=trampf[, , , 1], u3=trampf[, , , ], u4=trampf[Nan, 0, , ]，節(jié)點(diǎn) si為： s1=； s2=； s3=； s4=。 圖 26 工作面回采率 X13的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 7 工作面日產(chǎn)量 。 工作面日產(chǎn)量評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 27，自變量 x 表示采煤工作面日產(chǎn)量，單位為 t，其變化區(qū)間為 [0, ∞) ， u1=trampf[Nan, 0, 600, 1400], u2=trimf[600, 1400, 2200]，易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 10 u3=trimf[1400, 2200, 3000]， u4= trimf [2200, 3000, ∞ ），節(jié)點(diǎn) si為： s1=600；s2=1400； s3=2200； s4=3000。 圖 27 工作面日產(chǎn)量 X14的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 8 工作面供風(fēng)量 。 工作面供風(fēng)量越大，漏風(fēng)通路兩端的風(fēng)壓差越大，漏風(fēng)量越大。采煤工作面供風(fēng)量在回采期間是一個(gè)變化的數(shù)值，評(píng)價(jià)過(guò)程中取回采過(guò)程中最大供風(fēng)量或設(shè)計(jì)最大風(fēng)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。工作面供風(fēng)量評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 28。 圖 28 工作面供風(fēng)量 X15的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 自變量 x 表示采煤工作面供風(fēng)量，單位為 m3/min，其變化區(qū)間為 [0, ∞) ，u1=trampf[20xx, 2550, 3500, ∞) ， u2=trimf[1500, 20xx, 2550]， u3=trimf[900, 1500, 20xx]， u4=trampf[Nan, 0, 900, 1500]，節(jié)點(diǎn) si 為： s1=900m3/min，s2=1500m3/min， s3=20xx m3/min， s4=2550 m3/min。 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 11 9 工作面推進(jìn)速度 。 在回 采過(guò)程中，采空區(qū)殘留煤的氧化和瓦斯涌出稀釋使氧濃度降低，同時(shí)因漏風(fēng)流移動(dòng)，氧又得到補(bǔ)給，在采空區(qū)內(nèi)自燃形成了冷卻帶、氧化帶和窒息帶 “ 三帶 ” 。在采煤工作面生產(chǎn)過(guò)程中受工作面推進(jìn)影響，采空區(qū)自燃 “ 三帶 ” 呈動(dòng)態(tài)變化。工作面推進(jìn)速度在回采期間一般都是一個(gè)變化的數(shù)值，進(jìn)行安全生產(chǎn)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)時(shí)取平均推進(jìn)速度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 29，自變量 x表示采煤工作面平均推進(jìn)速度，單位為 m/d，其變化區(qū)間為 [0, ∞) ， u1=trampf[, 4, 10, ∞] ，u2=trimf[, , 4]， u3=trimf[1, , ]， u4=trampf[Nan, 0, 1, ]。節(jié)點(diǎn) si為： s1=1m/d； s2=； s3=； s4=4m/d。 圖 29 工作面推進(jìn)速度 X16的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) F6