试验研究

  • 不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

    赵翼;李全贵;胡千庭;曹偈;孙宵一;

    为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明:破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。

    2020年02期 v.47;No.250 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1067K]
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  • 水分对突出煤相似材料力学特性及瓦斯解吸性能的影响

    高华礼;孙海涛;戴林超;何明川;朱墨然;

    为探索水分对突出煤相似材料力学特性及瓦斯解吸性能的影响,选用粒径小于0. 18 mm和0. 18~0. 25 mm、二者质量比为1∶1的煤粉作为骨料,水泥为黏结剂,水为溶解剂,在不同条件(成型压力、含水率)下压制突出煤相似材料。利用岩石三轴试验机、瓦斯放散初速度测定仪测定突出煤相似材料的单轴抗压强度及瓦斯放散初速度,获得了不同条件下突出煤相似材料单轴抗压强度和瓦斯放散初速度的变化规律。实验结果表明:当含水率为12%~20%时,配制出的突出煤相似材料单轴抗压强度随含水率的增大呈现先增大后减小的趋势;当含水率达到16%时,其单轴抗压强度达到最大值8. 99 MPa;当含水率为20%时,成型压力越大,突出煤相似材料成型后密实度越大、脱模后的试件含水率越低,单轴抗压强度越大;突出煤相似材料的瓦斯放散初速度随含水率的增大而减小。

    2020年02期 v.47;No.250 7-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1115K]
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  • 基于Simtec的近球体瓦斯爆炸数值模拟

    苟宝洋;吴兵;马一飞;张洋;苏敬亮;贾泽鹏;

    为了研究瓦斯爆炸过程中压力、温度等参数变化规律,利用Simtec软件并基于大涡模型模拟研究了壁面辐射系数分别为0. 9、0. 1条件下密闭近球体容器中甲烷体积分数为6%~14%时的预混气体爆炸过程,并将模拟结果与已发表的实验结果进行对比。结果表明:当壁面辐射系数为0. 1时,模拟结果与实验结果吻合性较好;爆炸压力、温度先迅速增高而后下降,其中温度震荡缓慢下降;最大爆炸超压和最大压力上升速率在峰值左侧呈正相关关系,在峰值右侧呈负相关关系。

    2020年02期 v.47;No.250 11-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K]
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  • 顾北煤矿煤系砂岩裂隙水水文地球化学特征及其成因分析

    苏悦;许光泉;魏健;杨婷婷;丁永俊;

    采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对顾北煤矿4个主采煤层顶板的76组砂岩水样进行系统研究,查明了各煤层顶板水的水化学作用类型,并对其成因进行了详细分析。研究结果表明:在顾北煤矿煤层埋藏条件和水化学环境控制下,13-1煤层为Cl-Na型,以溶滤和阳离子交替吸附作用为主; 11-2煤层为HCO3·Cl-Na型,以溶滤作用为主; 6-2煤层为SO4·HCO3-Na型,以脱硫酸和阳离子交替吸附作用为主; 1煤层为HCO3·Cl·SO4-Na型,以溶滤溶解作用为主。研究成果可为查清含水层富水性和地下水径流特征提供指导,进而为制订矿山防治水决策提供重要依据。

    2020年02期 v.47;No.250 16-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 2644K]
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  • 煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

    程波;张仰强;徐斌;万宇;

    为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明:试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。

    2020年02期 v.47;No.250 25-28+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K]
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  • 上保护层不合理布置对被保护层应力叠加影响效应研究

    江丽丽;杨增强;翟春佳;李常浩;

    为了研究上保护层不合理布置导致被保护层开采过程中巷道围岩严重变形破坏的问题,采用现场调研、理论分析、数值模拟和矿压观测等方法,对中兴矿3203工作面上保护层开采后的影响效应进行了研究,结果表明:当上保护层遗留煤柱宽度为10~70 m时,其对被保护煤层造成叠加应力大小为13. 7~18. 1 MPa;当上保护层工作面宽度为75~125 m时,其对应理论垂直有效距离为30~52 m;上保护层布置不合理导致被保护层工作面采掘空间围岩受应力叠加影响而稳定性较差,而合理布置上保护层能够有效改善被保护层采掘空间围岩应力环境,确保矿井安全高效生产。

    2020年02期 v.47;No.250 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2634K]
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  • 基于数字图像重构的含瓦斯煤失稳模拟研究

    张雪强;刘利娜;李鑫鹏;

    为研究瓦斯压力下煤变形破坏过程及塑性区扩展规律,降低煤与瓦斯突出灾害风险,确保煤矿安全生产。通过基于数字图像重构技术,采用FLAC3D有限差分软件,对无侧限压缩下煤样失稳破坏过程进行数值模拟,分析了瓦斯压力对煤峰值强度和破坏形态的影响。研究结果表明:无瓦斯煤样以剪切破坏为主,存在一个贯穿整个模型的主剪切破坏面;煤的失稳破坏是外部荷载及内部瓦斯压力共同作用的结果,含瓦斯煤样存在2种破坏形式,即在剪切破坏的基础上增加了拉伸破坏;含瓦斯煤样的峰值强度和峰值点应变随瓦斯压力的增大而减小,呈线性关系。结合数字图像重构技术与有限元程序,可建立反映煤真实结构的数值模型,为研究煤岩的非均质性对其力学特性的影响提供了一种有效手段。

    2020年02期 v.47;No.250 35-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2034K]
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  • 不同风量和瓦斯条件下采空区自燃“三带”分布规律

    郝宇;逄锦伦;

    为了研究不同风量和瓦斯条件下采空区自燃"三带"的分布规律,以新集一矿15#煤层131303工作面为研究对象,通过建立采空区多场耦合的数学模型,并利用COMSOL软件模拟了不同通风和瓦斯条件下采空区自燃"三带"分布特征,结果表明:随着风速的增加,采空区进风侧和回风侧氧化带宽度均显著增大,进风侧与回风侧的氧化带宽度的差距变小;氧化带宽度随着瓦斯涌出强度的增大而显著减小,随着通风阻力的增加而显著增大;瓦斯涌出强度越小,氧化带宽度受通风阻力的影响越显著。

    2020年02期 v.47;No.250 40-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2035K]
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  • 大采高综采工作面粉尘运移分布规律及机载除尘器关键工艺参数研究

    杜善周;莫金明;王全龙;马威;张设计;陈芳;

    为了更详细了解大采高工作面分区尘源粉尘运移分布规律,以补连塔煤矿12511综采工作面为研究对象,利用流体力学CFD软件对8 m大采高综采工作面粉尘运移分布规律进行数值模拟研究。结果表明:由垮落煤层产生的粉尘在风流的作用下向采煤机后方扩散,高浓度粉尘团运动最高点可达5 m,且沿程粉尘质量浓度逐渐降低。高浓度粉尘团主要集中在采煤机前后10 m范围及底板靠挡煤板一侧,最高粉尘质量浓度可达3 500 mg/m3。为了有效降低工作面粉尘质量浓度,防止污染井下工作环境,提出在大采高工作面安装机载除尘器的方法来控制尘源处粉尘向人行侧扩散,达到净化作业场所的目的。通过研究除尘器吸尘口位置、处理风量对工作面粉尘运移分布规律及降尘效果的影响,得出大采高工作面最优降尘效率的吸尘口位置及处理风量适配组合,最大降尘效率可达到99. 9%。

    2020年02期 v.47;No.250 45-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2146K]
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  • 磁化复配表面活性剂与压风细雾喷嘴耦合协同雾化降尘的性能研究

    刘金璐;谷明月;

    为了提高雾化降尘性能、实现有效防控煤尘危害,基于磁化复配表面活性剂与压风细雾喷嘴耦合协同降尘机理,开展了关于溶液表面张力及雾化效率的实验研究。通过对阴离子和非离子单体活性剂溶液进行测试,发现当溶液质量分数为0. 06%时其表面张力趋于稳定;之后进行了阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配优化实验,当阴离子表面活性剂SDS和非离子表面活性剂FMEE的复配质量比为6∶4时复配溶液的表面张力达到最小值,所需最优溶液质量分数由0. 06%降到0. 03%;在复配表面活性剂的基础上进行了磁化测试,其最佳磁感应强度为400 mT;将磁化复配表面活性剂与压风细雾喷嘴结合实现耦合协同雾化增效的作用,耦合协同雾化效果高达74. 8%,雾化效果比水提高了49. 3%。

    2020年02期 v.47;No.250 52-55+60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1902K]
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应用技术

  • 瓦斯抽采钻孔水射流协同修护技术研究与应用

    刘延保;巴全斌;申凯;靳妮倩君;

    瓦斯抽采钻孔普遍存在因变形、煤渣积聚及塌孔等导致钻孔堵塞和抽采效果差的问题。通过分析钻孔塌堵失稳机制,得出煤岩体性质、地质构造及多应力耦合条件是造成钻孔失稳的主要因素,进而推断相应堵孔段情形。利用高压水射流解堵作用,提出了水射流疏通—筛管护孔协同修护技术,并研制出轻型气动钻孔修复装备。应用结果表明,该协同修护技术能有效解决瓦斯抽采钻孔塌堵后无法有效抽采的技术难题,试验钻孔修护深度达到50 m,修护完成后单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比修复前提高0. 57~3. 67倍和0. 99~5. 15倍,抽采效果大幅改善,实现了塌堵钻孔的快速便捷修复进而确保了瓦斯流动通道的畅通。

    2020年02期 v.47;No.250 56-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1832K]
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  • 基于瓦斯涌出特征的钱家营矿掘进工作面突出预警系统应用

    张嘉勇;艾子博;吕华新;庞凤岭;

    为实现钱家营矿掘进工作面煤与瓦斯突出实时预警,提出一种基于瓦斯涌出特征的预警方法。依据巷道高低浓度甲烷传感器实时监测数据,通过离散回归理论分析煤与瓦斯突出前的瓦斯涌出量,建立预警指标特征序列,确定掘进工作面煤与瓦斯突出预警指标危险临界值:方差0. 018,波峰差0. 41,波动斜率±0. 027。在此基础上构建了非接触式煤与瓦斯突出可视化预警系统并在钱家营矿进行现场应用。结果表明,以瓦斯涌出特征值作为预警指标,能够准确监测到井下瓦斯异常现象,达到瓦斯数据实时解算和可视化预警的目的,为钱家营矿掘进工作面防突工作提供技术借鉴。

    2020年02期 v.47;No.250 61-65+69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2335K]
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  • 采动区瓦斯地面井抽采技术在含水地层矿区的应用

    付军辉;李日富;王然;江万刚;

    山西端氏煤矿在应用采动区地面井抽采煤层气技术时发现钻越地层涌水量较大,地面井受采动影响后地层水从井壁破损处涌入套管内堵塞抽采通道,导致产气效果欠佳。针对这一问题,通过分析井身破坏模式,确定含水地层位置,进一步优化钻固井工艺及井身结构,改进后地面井抽采效果提升显著:有效运行时间从30 d增加到180 d,抽采瓦斯纯量由15. 95万m3增加到172. 25万m3,地面井运行后工作面回风巷瓦斯浓度降幅为29. 60%,工作面上隅角瓦斯浓度降幅为46. 27%,井下工作面涌水量没有增加。现场试验结果表明,采动区地面井抽采技术经过优化改进后可以在含水层赋存矿区成功应用。

    2020年02期 v.47;No.250 66-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1925K]
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  • 考虑启动压力梯度的低渗透煤层瓦斯渗流耦合模型及应用

    陈亮;施永威;

    低透气性煤层瓦斯低速渗流时具有非Darcy渗流的特征,为揭示非Darcy渗流现象的渗流机理,开展了包含非Darcy渗流现象的瓦斯渗流与煤岩变形耦合作用规律研究。根据低透气性煤层瓦斯渗流特征,考虑启动压力梯度作用下的非Darcy渗流规律,研究游离瓦斯渗流、吸附瓦斯扩散流动机理和煤岩变形等过程,建立含启动压力梯度的渗流耦合模型,并利用该模型开展本煤层预抽钻孔数值模拟研究,结果表明,考虑启动压力梯度的模拟结果更符合低渗透煤层瓦斯运移规律,依据模拟结果布置井下钻孔,工作面预抽钻孔抽采瓦斯量为1.09 m3/t,抽采效果理想。

    2020年02期 v.47;No.250 70-75+80页 [查看摘要][在线阅读][下载 2386K]
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技术经验

  • 近距离煤层开采上覆采空区火区探测及治理

    马砺;雷燕飞;苏耀军;刘尚明;武瑞龙;

    近距离煤层的层间距非常小,煤层开采过程中漏风现象突出,煤炭容易发生自燃。针对海则庙煤矿工作面开采前期出现CO大量涌出的异常情况,采用同位素测氡法对该矿盘区工作面上覆地表区域进行火区探测,共探测出4个高温异常区域,其总面积为2 100 m2。制订了煤自燃动态监测、采空区注胶堵漏的防灭火技术措施,措施实施后工作面回风流和上隅角的CO体积分数均降至正常水平,有效控制了采空区煤自燃火灾,为工作面的安全回采提供了保障。

    2020年02期 v.47;No.250 76-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 2130K]
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  • 近距离煤层群采空区漏风规律及防控措施研究

    王超群;周明;郭英;王烨;

    贵州地区煤层赋存条件复杂,煤层间距小,相邻采空区存在漏风通道的问题。采用SF6示踪法及重点区域指标气体数据分析法,对发耳煤矿采空区漏风规律及其治理措施进行研究。分析结果表明,由于相邻密闭效果欠佳,导致31004开切眼联络巷及31004工作面回风巷密闭漏风严重。31004采空区漏风通道主要是31004开切眼联络巷密闭及10#煤层开采过程中对上部7#煤层采空区造成二次扰动形成的纵向漏风通道;漏风量为83 m3/min,采空区风速约为0.17 m/s。对存在的煤自燃隐患采取了注水降温措施,CO体积分数显著下降至(5~9)×10-6。为即将开采的50105、50107工作面的煤自燃防控提供了科学依据和管控措施方案。

    2020年02期 v.47;No.250 81-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K]
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  • 双马煤矿4-1煤层自然发火标志气体及临界值研究

    彦鹏;黄光利;张仰强;胡全宏;

    双马煤矿主采煤层具有自然发火期短、易自燃等特征,为确定合理的煤自然发火预测预报指标,以该矿主采的4-1煤层为研究对象,采用实验分析、现场测试和统计分析等方法,对4-1煤层自然发火标志气体及临界值进行了研究。根据4-1煤层煤样氧化实验与现场实际观测,优选出4-1煤层自然发火标志气体,确定了综采工作面上隅角CO体积分数安全管理值及自燃临界值。在此基础上,建立了煤层自然发火分级预警响应与防灭火技术管理体系。结果表明:CO、C2H4、C2H2、C3H8是双马煤矿4-1煤层自然发火标志性气体;Ⅰ0104105工作面上隅角CO体积分数安全管理值为60×10-6,自燃临界值为430×10-6;对应建立了煤层自然发火蓝色(Ⅰ级)、黄色(Ⅱ级)、橙色(Ⅲ级)、红色(Ⅳ级)4级预警响应体系。

    2020年02期 v.47;No.250 85-89+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2268K]
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  • 超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究

    汪开旺;

    为了解决超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术在实施过程中工艺不明确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺进行研究,得到以钻机转速、进钻速度、运输系统工效为主的钻机操作施工参数,制订了钻孔间距确定、钻孔选址、钻孔施工、护管施工、封孔、连接抽放系统等6步超大直径钻孔施工工艺。现场验证结果表明,该工艺能够适用于井下操作,钻孔终孔高度从平均1. 6 m提高到3. 0 m,钻孔从开孔到全孔敷设完护管平均耗时由7. 6个班次降到4. 7个班次,施工效率提高了61%。

    2020年02期 v.47;No.250 90-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1988K]
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问题探讨与综述

  • 煤尘爆炸的研究现状及发展趋势

    罗振敏;刘荣玮;程方明;苏彬;康晓峰;

    煤尘爆炸是矿井热动力主要灾害形式之一。为明确煤尘爆炸的研究情况,防止煤尘爆炸事故的发生,总结了国内外对煤尘爆炸机理、爆炸特性、爆炸传播规律,以及煤尘爆炸抑制技术在理论、实验和数值模拟方面的研究现状,并对现阶段的煤尘爆炸研究提出了展望。分析表明:针对煤尘爆炸机理的研究处于热力学阶段,针对爆炸特性、传播规律的研究停留在宏观特征参数方面,抑爆措施有待改进,需加强对煤尘爆炸自主知识产权数值模拟软件的研发。

    2020年02期 v.47;No.250 94-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2062K]
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  • 松河井田多煤层资源开发条件及合采储层伤害特征

    胡海洋;赵凌云;陈捷;

    为了降低煤层气井排采过程中的储层伤害,通过分析松河井田的资源开发条件及煤层气井排采数据,总结各排采阶段不合理排采控制引起的储层伤害特征,提出不同排采阶段合理的排采工艺对策。分析结果表明:松河井田煤层气资源丰度达到2. 09×108m3/km2,煤层气资源开发条件较好;松河井田多煤层合层排采过程中,不合理排采控制工艺对煤层气井的产气量影响较大;排采初期以速敏伤害为主,排采中期以气锁和应力闭合伤害为主;修井作业及停抽期间,气锁效应及应力闭合对煤层造成伤害的可能性增大。合理的排采控制能够有效降低煤层气井的储层伤害,提高煤层气井产气量。

    2020年02期 v.47;No.250 99-103+108页 [查看摘要][在线阅读][下载 2263K]
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  • 关于突出煤层分级管理问题的探讨与思考

    刘志伟;何明川;

    为有效防范和遏制我国煤矿煤与瓦斯突出事故,全面推进煤层"零突出"目标管理,通过对国内外煤与瓦斯突出分级研究成果及我国当前强化防突管理措施的调研,提出了突出煤层分级管理方案并进行深入分析和探讨,确定了突出煤层不分级、突出区域强化管理的思路。采用数理统计方法,统计分析了2000—2018年我国煤矿发生重特大突出事故所在煤层的突出危险性指标和大量实验室测试的煤层瓦斯压力和瓦斯含量数据,提出了突出煤层强化管理的分类指标及措施,进一步细化和完善了我国煤矿突出防治管理体系。

    2020年02期 v.47;No.250 104-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1965K]
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  • 淮南煤田逆冲推覆构造对煤与瓦斯突出的影响分析

    乔国栋;高魁;

    为了提高淮南煤田在地质构造带条件下煤与瓦斯突出防治的针对性,采用理论分析的方法研究了淮南煤田逆冲推覆构造和煤与瓦斯突出的关系,对淮南煤田逆冲推覆构造的几何学、动力学特征,以及该构造控制下的煤体结构、瓦斯赋存、构造应力分别进行了分析。研究结果表明,淮南煤田的逆冲推覆构造主要分布在煤田南北两缘,由华北克拉通与扬子克拉通于印支—燕山期相互碰撞挤压形成。煤田南缘逆冲推覆构造由南向北推覆,北缘逆冲推覆构造由北向南推覆,形成了反向相背倾斜的构造系统。淮南煤田逆冲推覆构造带内构造煤发育、瓦斯含量高为煤与瓦斯突出提供了物质基础条件,而较高的构造应力及瓦斯压力为煤与瓦斯突出提供了动力条件。从逆冲推覆构造对煤与瓦斯突出影响的角度分析了望峰岗矿"1. 5"煤与瓦斯突出事故原因,分析表明:发生事故的C13煤层内构造煤发育,瓦斯含量高,构造应力集中,当主井施工揭开C13煤层时,原应力平衡状态被打破,煤与瓦斯大量喷出,导致事故发生。

    2020年02期 v.47;No.250 109-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2356K]
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安全管理

  • 组合赋权的TOPSIS在冲击地压危险性评价中的应用

    毕娟;李希建;

    为了合理准确地评价煤矿冲击地压危险性,在现有评价冲击地压危险性实例的基础上,从煤矿地质因素和开采因素2个方面,选取10个主要的影响指标,利用熵权法和指标相关性权重法分别计算影响冲击地压危险性的各评价指标权重,再根据组合赋权的方法得出各指标的综合权重,构建基于逼近理想解理论的冲击地压危险性评价模型。以重庆砚石台煤矿为例,选取20组评价冲击地压危险性样本数据进行分析,确定评价冲击地压危险性的最优和最劣状况,然后计算出各个评价方案与最优和最劣状况的距离,最后综合最优与最劣距离,确定评价对象的相对贴近度。应用结果表明:评价结果与实际情况一致,且该模型相较其他模型的评价结果更加科学准确,表明该方法有良好的实用价值。

    2020年02期 v.47;No.250 114-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 2106K]
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  • 矿井内因火灾的安全评价研究——基于熵值法和突变理论

    殷涛;谢雄刚;

    针对矿井内因火灾的突发性、不确定性和高危害性等特点,提出熵值法和突变理论相结合的矿井内因火灾安全评价方法。选取人、物、环境和管理4个方面的因素建立了4级共20个评价指标的矿井内因火灾安全评价指标体系,运用熵值法判断各个指标的权重,利用突变级数法计算突变级数值,避免了单一熵值法主观人为赋权的弊端。以陕西省红石岩煤矿为例,运用该评价方法对其进行了内因火灾安全评价,其评价结果符合该矿井的安全状况,验证了该评价方法的可行性、实用性。

    2020年02期 v.47;No.250 120-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 2116K]
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