新阳井田矿井突水灰色风险性评价研究

周科

（中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院，河北 邯郸 056004）

新阳井田矿井突水灰色风险性评价研究

周科

（中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院，河北 邯郸 056004）

摘要：为了研究山西新阳井田上组煤顶板及下组煤底板突水水害问题，通过统计分析以往井田内突水实例，采用风险率和风险度评价与灰色评价理论相结合的方法建立统计学模型，对上组煤顶板及下组煤底板的突水风险率和突水风险度进行预测评价，评价结果表明井田下组煤发生底板突水的风险大于上组煤发生顶板突水的风险。

关键词：突水风险性；突水风险率；突水风险度

新阳井田地处郭庄泉域岩溶水系统北部径流区，井田内第四系、新近系松散岩类孔隙含水岩组在较大的河谷区厚度大、富水性强，对煤矿开采影响较大，为上组煤顶板的主要充水含水层；奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层水压大、富水性强，在断层破碎带及断层发育部位对下组煤开采影响大，为下组煤底板主要突水水源［1-5］。评价井田上组煤顶板及下组煤底板的突水风险率和突水风险度对新阳井田矿井防治水工作有着现实指导意义。

对于矿井突水危险性评价以往多侧重于区域上的划分，例如划分井田内的突水危险区域和较安全区域等，但矿方在制定防治水系统升级改造时，往往在安全生产和经济建设两方面都进行考虑，在现有的防治水系统下，今后发生突水的概率及突水后的危害程度有多大，这将是矿方制定防治水规划的一个重要考虑因素。本文将灰色风险评价理论运用到矿井突水危险性的风险评价中，建立数学模型分析井田今后的突水风险概率和风险程度［6-12］，为矿井防治水工作提供量化的依据。

1　灰色风险性评价模型建立

在矿井巷道开拓或采掘过程中，由于导水断层、陷落柱、采动导水破坏等因素都可以导致矿井突水，在导水断层密集、采动导水破坏活动强烈、奥陶系水头压力较大、奥陶系岩溶裂隙富水性强的地方，我们认为这些区域是突水危险性大的区域，但在这些区域内，未来会发生突水的可能性有多少，在现有的排水系统条件下，如果发生突水那么发生突水的程度有多大，这就需要评价发生突水的风险率和风险度。风险率是灾害出现概率的度量；风险度是灾害的危害程度。对于矿井突水危险性来说，突水风险率就是指矿井发生突水事故的可能性有多大，突水风险度就是指如果矿井发生了突水事故，突水事故造成的危害程度有多大。

灰色系统理论是充分利用已知信息用离散数据建立微分方程的一种方法。灰色理论系统是用来解决由已知事件来量化推测未知事件的方法，尤其可以解决信息数量少或信息不确定的问题，目前已广泛运用于自然科学、社会科学领域。灰色系统在地质科学中应用也相当广泛，其被广泛运用于储量评价、水文预测预报等。

本次评价将风险率和风险度的概念与灰色评价理论相结合，运用灰色理论及统计学模型对上组煤顶板及下组煤底板的突水风险率和突水风险度进行预测评价。

突水事件可能由一种或多种因素所导致，其可以被看做一种随机事件，我们可以建立关于突水事件的风险率和风险度的模型。

发生突水的随机事件A的概率P（A）可以表达为：

（1）如果A为突水事件，事件A的风险率为A事件的概率，即：

（2）如果A为安全事件，则事件A风险率公式为：

FP=1-P（A），

期望值公式为：

或

式中：xi，P（xi）为离散风险变量及相应概率；f（x）为连续风险变量的密度函数。

标准差计算公式为：

风险度计算公式为：

2　灰色风险率计算

我们把风险率和风险度的计算纳入灰色系统中得到灰色风险分析模型。突水事件ˆ的概率P（）的表达式为：

或

3　灰色风险度计算

或

其方差公式为：

其中

灰色突水事件Aˆ的灰色风险度公式为：

4　突水灰色风险评价

新阳煤矿在采的煤层有上组煤1号、2号、3号煤层，下组煤9号、10号、11号煤层，上组煤主要受顶板突水的威胁，下组煤主要受底板突水的威胁，本次为了更加准确地预测井田突水风险性，将上组煤突水风险性和下组煤突水风险性分开评价。

4.1上组煤顶板突水风险性评价

为了评价矿井突水危险区上组煤顶板突水的风险，我们统计了在巷道掘进和工作面开采过程中发生的上组煤顶板突水事件，根据统计，受小断层或采动导水破坏带的影响，顶板常见小于10m3/h的突水，但这些小型突水基本不会对矿井安全造成影响；受较大断层或导水裂隙影响，顶板可见大于10m3/h小于50 m3/h的突水事件，根据发生位置和情况不同，一般不会对矿井安全造成影响或个别地方影响较大，但仍在可控范围内；受较大断层或导水裂隙影响，顶板偶见大于50m3/h小于100m3/h的突水事件，根据发生位置和情况不同，一般影响较大但可控或个别会造成突水事故；受大断层或异常导水裂隙影响，顶板少见大于100 m3/h小于200 m3/h的突水事件或大于200 m3/h的突水事件，这些事件均可造成突水事故。应用灰色风险计算模型对新阳井田上组煤顶板突水影响程度作出评价，见表1。

表1 顶板突水量区间及其概率

根据危险区以往发生上组煤顶板突水的实际情况统计，定义底板突水灰色事件。

Aˆ=（0，0）/6+（0，0.5）/30+（0.5，1）/80+（1，1）/150+ （1，1）/300.

由灰色风险率计算公式

由

由

由计算可知，新阳井田在上组煤顶板突水风险率为0.225，即顶板发生突水的可能性为22.5%；突水风险度为0.556，即发生突水后造成事故的可能性为55.6%。

4.2下组煤底板突水风险性评价

为了评价矿井突水危险区下组煤底板的突水风险，我们统计了在巷道掘进和工作面开采过程中发生的底板突水事件，根据统计，受小断层或采动导水破坏带的影响，底板常见小于10 m3/h的突水，但这些小型突水基本不会对矿井安全造成影响；受较大断层或导水裂隙影响，底板可见大于10m3/h小于100m3/h的突水事件，根据发生位置和情况不同，一般不会对矿井安全造成影响或个别地方影响较大，但仍在可控范围内；受较大断层或导水裂隙影响，底板偶见大于100m3/h小于200m3/h的突水事件，根据发生位置和情况不同，一般影响较大但可控或个别会造成突水事故；受大断层或异常导水裂隙影响，底板少见大于200m3/h小于400m3/h的突水事件或大于400m3/h的突水事件，这些突水事件均可造成突水事故。应用灰色风险计算模型对新阳井田下组煤底板带压区内受奥陶系灰岩发生突水影响程度作出评价，见表2。

表2　底板突水量区间及其概率

根据危险区以往发生底板突水的实际情况统计，定义底板突水灰色事件ˆ。

由灰色风险率计算公式

由

由

由计算可知，新阳井田在下组煤底板带压区内，突水风率为0.35，即底板发生突水的可能性为35%；突水风险度为0.633 2，即发生突水后造成事故的可能性为63.32%。因此井田发生底板突水的风险是较大的。

5　结论

本论文应用灰色风险评价模型对井田上组煤顶板及下组煤底板突水进行了突水风险性和突水风险度的评价。根据评价，新阳井田在上组煤顶板突水风险率为0.225；突水风险度为0.556。新阳井田在下组煤底板突水风险率为0.35；突水风险度为0.633 2。井田下组煤发生底板突水的风险大于上组煤发生顶板突水的威胁，因此如在防治水预算有限的情况下，防治水规划中应优先加强下组煤底板突水的防治。

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（编辑：杨鹏）

中图分类号：TD 713

文献标识码：A

文章编号：1672-5050（2016）03-017-05

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.005

收稿日期：2016-01-18

作者简介：周科（1984-），男，山东肥城人，硕士，工程师，从事水文地质勘探研究。

Grey-risk Assessment ofW ater Inrush in Xinyang M ine

ZHOU Ke
（Geoexploration Institute of Hydrogeological Engineering and Geological Environment，China National Administration of Coal Geology，Handan 056004，China）

Abstract：The water inrush of the roof of upper coal group and the floor of lower coal group in Xinyangwas studied.By statistic analysis on previouswater inrush cases，risk rate and degree evaluation and grey evaluationwere combined toestablish a statisticmodel，which wasused to predictand assess the water inrush risk rate and degree of the roof of the upper group and the floor of the lower group.The evaluation showed that the floorwater inrush riskwas larger than the roofwater inrush risk.

Keywords：water inrush risk；water inrush risk rate；water inrush risk degree