建筑物底压煤开采安全评价体系研究

陈冬梅 田华 陈瑞峰

摘 要：本文通过层次分析法（AHP），针对建筑物下压煤开采其资源条件及地质因素、采煤设备及辅助系统、资源开采利用程度、地表建筑物及环境条件和安全管理水平及设施5个方面的影响进行评价，建立建筑物下压煤开采安全评价模型，确定了地表建筑物的覆盖率对建筑物下压煤安全开采的影响最大，为安全管理提供一定的参考，并保证建筑物下煤炭开采安全有序进行。

关键词：建筑物下压煤开采；层次分析法；目标权重

中图分类号：TD823.83 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0178-03

随着生产规模扩大和可采储量的减少，建筑物下压煤问题日益突出，但建筑物下采煤由于采煤环境的复杂性、地质环境的不确定性，存在很多安全问题[2]，因此对建筑物下压煤开采的资源条件与地质因素、采煤设备与技术水平、地表建筑物及环境条件等方面进行分析，建立建筑物下压煤开采安全评价体系，找出影响建筑物下压煤开采安全的因素就至关重要。

1 建筑物下压煤开采评价

1.1 建筑物下压煤开采评价简述

据目前不完全统计，我国国有骨干大中型矿井“三下”（建筑物下、水体下、铁路下）压煤量达到140亿吨以上[3]，其中建筑物下压煤占整个“三下”压煤量的60%以上。随着国家工业建设的发展，矿井资源在逐年减少，而建筑物下压煤量在不断增加，为保证矿区的可持续发展，目前全国已有近百个矿井，数百个工作面进行了建筑物下的开采。因此，建筑物下压煤开采的安全问题也逐渐突出。

建筑物下压煤开采不但引起地表下沉，且对周围的煤层、井巷、隔水层、地表设施及周围水系都会造成不同程度的影响和破坏，因此开采之前，对其进行安全开采评价。建筑物下压煤开采安全评价就是要对影响开采安全的因素进行评价，从而合理地反映影响建筑物下压煤开采安全的主要因素，从而有针对性地进行安全事故预防，提高建筑物下压煤开采安全水平。

本文将通过层次分析法（AHP）对建筑物下压煤开采的资源条件与地质因素、采煤设备与技术水平、资源开采利用程度、地表建筑物及环境条件、安全管理水平及设施进行分析，并通过细化，建立建筑物下压煤开采安全开采评价体系。

1.2 建筑物下压煤开采评价体系

层次分析法是一种多因素决策分析方法，首先根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，按照因素间的相互关联和隶属关系分成不同的层次组合，构成一个多层次的系统结构分析模型。

对于建筑物下压煤开采这样的复杂系统而言，需要多个指标组成一个有机的整体。通过建立指标体系来描述系统的发展状况，且指标的选择应遵循以下几个原则：

第一，先进性原则。指标的设立必须符合煤矿安全生产的先进理念、先进的安全目标以及先进的管理体制。

第二，科学性原则。安全评价体系的创建以及指标的设立必须有充分的科学依据，能客观准确地对建筑物下压煤开采安全程度进行评价。

第三，关联性原则。各个评价指标不是独立存在的，要考虑到其共同的价值取向。

第四，整体性原则。安全评价体系是对压煤开采整体安全的动态评估，从而能够客观全面了解其安全程度。

2 建筑物下压煤开采安全评价模型

建筑物下压煤开采安全评价系统复杂，评价因素很多[4]，且具有不同的类别和层次，属于多层次目标体系。

2.1 建筑物下压煤开采安全评价指标体系建立

按照建筑物下压煤开采的特征建立递阶层次结构模型，该模型分为3层，第一层总目标（D），即建筑物下压煤开采安全性；第2层为准则层（P），即压煤开采安全评价的主要准则；第3层为安全评价指标层（A），即具體影响建筑物下压煤开采安全的各项指标。

安全评价指标重点考察建筑物下压煤开采中资源条件与地质因素、采煤设备与技术水平、资源开采利用程度、地表建筑物及环境条件、安全管理水平及设施5类因素，并进一步细化，建压煤开采安全评价体系指标层，然后计算各项指标的权重，并对安全评价指标进行总排序。其安全评价指标体系[5，6]见图1。

2.2 建筑物下压煤开采安全评价指标权重确定

在指标两两比较的基础上，得出判断矩阵，然后计算各项指标权重，从而对影响建筑物下压煤开采安全的因素进行排序。下面以资源条件及地质因素中各指标的权重计算为例。

2.2.1 构建判断矩阵

层次分析法的基础工作是构建判断矩阵，而比较时如何量化、如何更准确反映指标重要性是构建判断矩阵的关键。

到目前为止，人们提出了近十种标度，如1-9标度、9/9 -9/1和10/10-18/2分数标度法，90/8-98/8指数标度法等。骆正清[8]等对常用1-9标度、9/9-9/1和10/10-18/2分数标度法，90/8-98/8指数标度法进行了比较分析，得出其均具有保序性，单一准则下建议用1-9标度，多重准则可用90/8-98/8指数标度法；储敏[9]从一致性指标、最大偏差和均方差等对以上4中标度进行了对比分析，发现90/8-98/8指数标度法具有最好的一致性，因此是最为理想的标度。这里引用90/8-98/8指数标度法及其倒数标度法对各评价因子的重要性进行量化，标度含义见表1。

在每个层次上，按照表1中的标度方法定量化，建立数值判断矩阵，见表2。

2.2.2 计算各指标权重及其最大特征值

首先将判断矩阵表2的列向量按列归一化：，（i，j=1，2，…n）；然后将判断矩阵按行求和：（i，j=1，2，…n），得到：

=[1.068，1.289，1.232，0.774，0.892，0.745]

而后归一化：（i，j=1，2，…n）；则得到特征向量：=[0.178，0.215，0.205，0.129，0.149，0.124]，为所对应评价指标的权重值。

最后计算最大特征根：（i=1，2，…n），表示向量中第i个向量。得到最大特征根 =6.00。

2.2.3 一致性检验

当判断矩阵的阶大于2时，通常难构造出满足一致性的矩阵，也就是需要一致性检验[10]。首先计算一致性指标CI：；然后确定平均随机一致性指标RI（RI取值如表3所示）；

计算随机一致性比率CR：CR=CI/RI，当CR<0.10时，判断矩阵具有满意的一致性；CR≥0.10时，应对判断矩阵进行适当修正；CR=0时，具有完整的一致性。

将=6.00带入，CR=0.00<0.10，具有满意的一致性。

3 建筑物下压煤开采安全影响因素分析

利用层次分析法（AHP），将分别得到建筑物下压煤开采安全评价各项指标的权重，从而对影响建筑物下压煤开采安全的因素进行排序。具体结果见图2。

（1）地表建筑物的覆盖程度对建筑物下压煤安全开采的影响最大。在开采过程中，地表建筑物的损害是地表的变形传递给基础，从而引起地面建筑物产生相应的变形，若地表建筑物变形过大，将会受到破坏，从而影响安全开采，并带来很大的经济和社会负面效益，因此，较小的覆盖率是保证建筑物下压煤开采安全的主要原因。

（2）煤矿开采首先是人的行为，因此人的主观性也是安全的主要原因，做好安全教育及培训就显得非常重要。其次，煤矿安全制度、安全管理等也对建筑物下压煤的安全开采有着重大的影响，是导致安全事故发生的主观因素。所以应建立健全从业人员安全教育培训制度，制定并落实安全生产教育和培训计划，保证安全培训工作正常进行，对主要负责人、安全生产管理人员和特种作业人员进行专门安全培训，提高从业人员安全意识，提高安全作业。

（3）建筑物下压煤开采地质环境复杂，矿井所在地岩石质量及结构，井下通风、温度及支护系统等都会对其安全造成很大的影响。影响因素的排序合理的反应了影响建筑物下压煤安全开采的主要因素，便于管理者参照各项指标权重值衡量其安全状况，根据矿山实际情况采取相应的措施，从而保证建筑物下压煤开采的安全进行。

（4）建筑物下压煤开采是一个复杂的系统，影响因素的排序合理的反应了影响建筑物下压煤安全开采的主要因素，具有很大的借鉴意义。但由于开采作业是一个动态的过程，将面临一些不可预知的安全影响因素，因此本文确定的评价指标还要根据开采实际状况进行必要的调整和修正，不同矿区的安全条件千差万别，在评价指标的选择以及权重的确定时，应进行必要的调整。

4 结语

本文在构建建筑物下压煤开采安全评价体系的基础上，采用层次分析法（AHP），针对潜在安全开采影响要素进行分析，对建筑物下压煤开采的安全评价指标进行排序，并得出以下结论：

（1）建筑物下压煤开采是一个综合性和系统性的复杂问题，本文采用层次分析法，通过目标层—准则层—指标层进行层层分析和评价，采用定性和定量相结合的方法对各指标进行评价，建立了建筑物下压煤开采安全评价模型在，一定程度上保证了其客观性和准确性，为管理层的安全决策提供依据。

（2）全面考虑了影响建筑物下压煤安全开采的各种因素，确定了评价指标体系中各指标的权重。影响指标总排序合理地反映了影响开采安全的主要因素，便于各个矿山根据实际情况采取相应的措施，提高其安全生产水平。

（3）地表建筑物的覆盖率对建筑物下压煤安全开采的影响最大，较小的覆盖率是保证建筑物下压煤开采安全的主要原因；其次安全教育及培训、煤矿安全制度、安全管理等也对建筑物下压煤的安全开采有着重大的影响，是导致安全事故发生的主观因素；矿井所在地岩石质量及结构，井下通风、温度及支护系统等都会对其安全造成很大的影响，也是影响建筑物下压煤安全开采不可忽略的因素。

（4）建筑物下压煤开采环境复杂的，而且开采作业是一个动态的过程，其安全评价指标需根据开采实际状况进行必要的调整和修正，以确保安全评价的准确性。

参考文献

[1]彭志涛.夯实技术管理工作 加强煤炭资源回收[J].科技创新导报，2013，02：208-210.

[2]李玉忠，徐建文，程悦.建筑物下采煤技术浅析[J].山西焦煤科技，2011，3：16-17.

[3]消纪冰.浅谈填充开采方法在三下压煤条件下的应用[J]，工业技术，2013，8：93-94.

[4]李冬梅，王竹玲，刘红岩.煤炭产业安全概念及评价指标体系的初步研究[J]，中国矿业，2011，5：38-40.

[5]王根霞，王祖和，段德宏，肖洪天. 基于区间数层次分析法的煤矿安全评价指标体系研究[J].河南理工大学学报，2012，6：253-260.

[6]李海华，赵红泽，李海强.基于模糊层次分析法的煤矿工程评价指标权重确定[J].煤炭技术，2013，2：54-56.

[7]储敏.层次分析法中判斷矩阵的构造问题[D].南京理工大学，2005.