基于安全分区的通风瓦斯风险控制研究

论文摘要

煤矿处于多变的自然环境,覆盖范围宽,工序衔接复杂,人员素质参差不齐,安全威胁多样,属于复杂巨系统。煤矿以实现本质安全的风险管理为目标,其核心在于对危险源的有效辨识。近年来煤矿普遍开展了安全评价,以求详尽认识致灾因素,并深入分析其复杂关联。该项工作已取得了实质性的进展,但仍缺乏系统的理论基础和技术方案加以指导。推进煤矿致灾因素的发生发展及耦合成灾研究,需要发展以危险源辨识为核心的风险管理理论,并将技术与管理有效结合,完成风险辨识领域的技术筛选与集成,以保证煤矿安全的持续改进。本论文研究在总结煤矿安全管理历史发展特点的基础上,提出将煤矿生产系统的安全管理划分为以回采工作面和掘进工作面为基础的安全分区、以具备或较易满足某一特定致灾因素的地点或设备为对象的安全关注点、以及联系各安全分区及安全关注点的关联通道,并由此构成煤矿的安全逻辑系统。煤矿安全逻辑系统在研究致灾因素发展耦合规律的基础上构建,使得错综复杂的安全巨系统在逻辑上得到了极大的简化,突出了安全分区在煤矿安全管理中的地位,并从“人、机、环、管”的角度,将安全分区在逻辑上进一步转换为“操作、致灾因素、监控、制约、环境”等因素所参与的、以安全关注点为节点的分区子网。煤炭生产作为处于动态变化环境中的复杂作业过程,不可避免地激活了相应的致灾因素,并促使致灾因素经过组合或耦合而形成危险源。本论文以煤矿通风瓦斯安全为研究领域,以本质安全管理对信息获取、应用、分析、预警的技术性需求为研究重点,从通风瓦斯事故的基本要素出发,在矿井生产活动的背景下,以布尔代数原理分析致灾因素的分解与归集,建立致灾因素的耦合分析模型,提出了危险源识别的致灾因素耦合分析法,为危险源辨识的技术性方法作了有益的探索。论文研究对通风瓦斯计算与数据分析技术的筛选集成展开了分析,提出了煤矿危险源辨识中对于确定性指标和非确定性指标的应用性需求,分析并完善了以通风网络解算为基础的通风系统分析方法,建立了通风瓦斯监测数据的分析模型与应用环境,并以系统的通风瓦斯分析软件系统支持了致灾因素耦合分析法的应用,对于通风瓦斯的技术性监控计算与煤矿安全风险管理的有机结合提出了有创意的发展之路。神华宁煤集团金能公司二号井是投产近50年的大型矿井,曾是我国西北最具影响力的主力煤矿,自然条件困难,井巷系统复杂。本论文研究以金能二号井为研究对象,展开了大量的研究工作,并取得了显著的进展,为神华宁煤的整体安全水平保持在全国领先地位作出了实质性的贡献。论文成果在神华宁煤各矿正在扩大试点,必将为煤矿安全水平的进一步提高做出贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 本文研究领域国内外的研究动态及发展趋势
• 1.2.1 矿井通风系统研究现状
• 1.2.2 瓦斯灾害治理研究现状
• 1.2.3 煤矿风险控制研究现状
• 1.2.4 以通风瓦斯为中心的煤矿风险评价与管理研究的现状及趋势
• 1.3 本文的研究内容、目标和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究方法和路线
• 1.4 本章小结
• 2 煤矿安全分区管理理论
• 2.1 煤矿安全分区的概念
• 2.1.1 煤矿通风瓦斯管理的特点
• 2.1.2 事故规律及其区域性特征
• 2.1.3 煤矿安全分区概念的提出
• 2.2 以安全分区为支点的煤矿安全逻辑体系
• 2.2.1 安全关注点与分区内安全关注点
• 2.2.2 分区外安全关注点
• 2.2.3 煤矿安全逻辑系统
• 2.3 安全分区逻辑结构分析
• 2.3.1 分区安全的逻辑分析
• 2.3.2 安全分区逻辑结构分析
• 2.4 本章小结
• 3 以安全关注点为中心的安全风险管理分析
• 3.1 煤矿安全风险管理概述
• 3.2 安全关注点及其风险辨识
• 3.2.1 分区内安全关注点及其风险辨识
• 3.2.2 矿井安全逻辑系统安全关注点及其风险辨识
• 3.3 以安全关注点为中心的风险辨识
• 3.3.1 风险辨识概述
• 3.3.2 辨识原则
• 3.4 系统数据分析在致灾因素耦合分析中的地位
• 3.4.1 系统数据分析概述
• 3.4.2 系统数据分析的需求
• 3.5 本章小结
• 4 以安全分区为基础的通风瓦斯技术分析
• 4.1 通风瓦斯系统分析的信息需求与获取
• 4.1.1 建立定量分析的通风网络基础数据库
• 4.1.2 瓦斯基础数据
• 4.2 通风系统稳定性分析
• 4.2.1 通风系统基础分析
• 4.2.2 通风网络图分析
• 4.2.3 风道的通风灵敏度分析
• 4.2.4 通风构筑物分析
• 4.2.5 安全分区关联分析
• 4.3 瓦斯涌出与积聚规律分析
• 4.3.1 日常监测/检测数据分析
• 4.3.2 工作面分区段瓦斯测定分析
• 4.3.3 瓦斯流分布分析
• 4.4 通风瓦斯预警
• 4.5 本章小结
• 5 以安全分区为基础的通风瓦斯风险跟踪管理
• 5.1 通风瓦斯风险跟踪管理信息需求与获取
• 5.1.1 煤矿通风瓦斯数据获取现状
• 5.1.2 智能化通风瓦斯数据管理系统
• 5.1.3 通风数据跟踪管理
• 5.1.4 瓦斯数据跟踪管理
• 5.1.5 安全信息监控数据跟踪管理
• 5.1.6 日常资料数据跟踪管理
• 5.2 通风瓦斯危险源辨识中的确定性指标
• 5.2.1 通风瓦斯确定性指标的意义
• 5.2.2 通风瓦斯确定性指标的范围
• 5.3 通风瓦斯管理的不确定性指标
• 5.3.1 信息熵定义及属性
• 5.3.2 用于瓦斯积聚熵概念的提出
• 5.3.3 瓦斯涌出熵与积聚熵
• 5.4 通风瓦斯基础数据跟踪维护与处理
• 5.4.1 通风基础数据跟踪维护概述
• 5.4.2 通风网络基础数据维护技术
• 5.5 本章小结
• 6 基于安全分区的煤矿风险分析与管理应用实践
• 6.1 金能二井情况简介
• 6.1.1 煤层赋存及开采条件
• 6.1.2 矿井开拓及开采方式
• 6.1.3 矿井瓦斯通风基本条件
• 6.2 金能二井安全分区逻辑结构分析
• 6.2.1 金能二井主要安全分区
• 6.2.2 金能二井安全逻辑结构分析
• 6.3 金能二井安全分区的确定性指标分析
• 6.3.1 金能二井网络解算结果
• 6.3.2 金能二井分区通风分析
• 6.3.3 金能二井通风网络图的处理
• 6.3.4 金能二井风流稳定性特征指标
• 6.3.5 金能二井通风构筑物失效情况下的通风安全
• 6.3.4 金能二井安全分区关联程度分析
• 6.4 金能二井安全分区的不确定性指标分析
• 6.4.1 金能二井瓦斯涌出不均衡性分析
• 6.4.2 金能二井通风瓦斯管理不确定性指标分析
• 6.5 通风瓦斯安全风险跟踪管理
• 6.5.1 危险源危险因素分析
• 6.5.2 井下瓦斯危险源的风险管理
• 6.6 金能二井通风瓦斯预警系统
• 6.7 本章小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 论文的创新之处
• 7.3 今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读博士学位期间的研究成果
• 附表、附图