基于可拓理论的深部巷道冒顶灾害风险评估

我国深部煤炭资源约占探明储量的53 %，煤炭产量和开采深度均为世界首位。2005～2015年，全国煤矿共发生冒顶事故8 813起、死亡10 380人。冒顶事故死亡人数占煤矿所有事故的36.2 %，瓦斯事故占29.3 %，其他事故占34.5 %，冒顶伤人事故高居首位。我国煤矿开采深度每年以10～25 m速度递增，巷道围岩冒顶灾害发生的烈度和频率不断增高，亟需提高巷道冒顶风险预测与评估水平。

近年来，学者们对巷道冒顶灾害机理及预测方法进行了深入研究。李季等[1]利用RFPA数值模拟和层次分析法研究了切眼顶板冒顶机理和冒顶影响因素，发现离层量的大小决定了冒顶的程度，同时发现切眼顶板冒顶的2个主要因素为锚杆(索)支护质量和顶板岩层结构。刘少伟等[2]采用时间序列法、相关性分析、神经网络等方法对微变形数据处理，对顶板冒顶危险区进行了预测。谭云亮等[3]利用时间序列分析对巷道支架位移和新奥法巷道的位移进行预报分析，并取得了了较好效果。刘洪涛等[4]将稳定岩层的位置变化作为冒顶隐患级别分划的指标，并将冒顶隐患级别划分为稳定、中等稳定、不稳定和极不稳定4种类型。张召千[5]等选取巷道埋深、顶板围岩强度、弱岩层厚度、巷道断面尺寸、顶板围岩完整性等8个影响因素作为围岩稳定性分析的评价指标，结合层次分析法提出了多因素单一综合指标值评价方法。

深部巷道变形灾变机理与浅部不同，另外，由于地质条件的复杂性及现场施工质量等人为因素的影响，冒顶灾害时多因素相互耦合，非线性的系统性问题，运用传统力学分析、数值计算等方法进行灾害预测仍然存在困难。本文借助物元可拓理论及熵权方法，在灾害案例分析基础上确定深部巷道冒顶灾害评估指标以及相应的经典域，通过综合评估确定了某矿8206采面轨道顺槽冒顶风险等级，开展了现场变形观测验证，并采取了防治措施，确保了8206工作面顺利回采。

1 大断面巷道冒顶风险评估模型

1.1 评价模型物元

根据可拓学理论，通过数学模型描述评价对象的可变性，可以实现评估定量化[6-7]。若评价巷道有n个评价指标，则描述评价巷道复合物元可表示为：

 

(1)

式中，Rj是第j个物元；Nj是第j个评价等级；ci是第i个评价指标；Vij=[aij,bij ]是Nj关于评价指标ci的取值范围，各评价等级对应评价指标的取值范围集合称为经典域。

巷道冒顶是处于极限平衡状态的顶板潜在冒落体在受到扰动的情况下突然失稳的一种灾害现象。顶板岩层中原生或者后生裂隙是形成潜在冒落体的重要条件，潜在冒落体在裂隙面摩擦效应、锚杆(索)支护构件支撑作用下处于极限平衡状态。若顶板存在含水现象，那么裂隙面的摩擦效应将受到弱化，特别是存在蒙脱石、伊利石或者高岭石等水敏性矿物的情况下，这种弱化效应更加明显，将诱发顶板冒顶。同样的，处于极限平衡状态的顶板若受到爆破、施工或者开采扰动的影响，也会发生冒顶事故。锚杆(索)是控制潜在冒落体失稳的最终屏障，其施工质量是否能够达到设计要求直接关乎控制效果的好坏，本次将锚杆(索)实际锚固力与设计锚固力之比作为评价锚杆(索)施工质量的分类标准。现场及实验室研究结果表明，围岩应力强度比是预测裂隙发育的重要指标，二者相对比值的大小对围岩裂隙起裂和扩展具有直接影响。松动圈是重分布应力与围岩强度相互作用的综合表现，对巷道变形及控制难度具有决定作用。顶板离层量是《煤矿安全规程》明确规定的观测指标，现场容易获取，本次也作为风险评估的指标之一。结合以往研究及现场案例调研，确定巷道冒顶风险指标及其经典域见表1。

为了使评估指标在后续关联计算及综合评估中更具可操作性，便于科学归纳，需要对表1中的评估指标进行归一化处理，结果见2。

构造作用、人工开挖边坡、坡脚冲刷浸润等造成边坡失稳变形，形成崩塌滑坡等地质灾害。构造作用、人工开挖边坡改变了坡体原始的应力状态，使得坡体内应力重新分布，在坡体前缘易产生张拉裂缝，在暴雨地震等工况条件下可导致崩塌等地质灾害发生；长期坡脚冲刷淘蚀坡体下部，形成空洞使其上部失去支撑，随着时间的发展最终导致边坡失稳发生崩塌滑坡等地质灾害；坡脚浸润，使得土体的天然休止角减小，从而导致边坡失稳发生破坏。

 

表1 深部巷道冒顶风险评估指标及等级划分

  

巷道冒顶风险等级ⅠⅡⅢⅣⅤc1松动圈/m0～0.400.40～1.001.00～1.501.50～3.003.00～4.00c2顶板离层量/m0～0.070.07～0.140.14～0.210.21～0.280.28～0.50c3应力强度比0～0.300.30～0.400.40～0.500.50～0.600.60～0.80c4锚杆(索)施工质量/%90～10075～9050～7525～500～25c5顶板含水情况无轻微渗水局部小股出水少量涌水大量涌水c6裂隙延伸长度/m0～0.100.10～0.300.30～0.500.50～1.001.00～2.00

 

表2 深部巷道冒顶风险评估指标及等级划分归一化

  

巷道冒顶风险等级ⅠⅡⅢⅣⅤc1松动圈/m0～0.100.10～0.250.25～0.380.38～0.750.75～1.00c2顶板离层量/m0～0.140.14～0.280.28～0.420.42～0.560.56～1.00c3应力强度比0～0.380.38～0.500.50～0.630.63～0.750.75～1.00c4锚杆(索)施工质量/%0～0.100.10～0.250.25～0.500.50～0.750.75～1.00c5顶板含水情况0～0.200.20～0.400.40～0.600.60～0.800.80～1.00c6裂隙延伸长度/m0～0.050.05～0.150.15～0.250.25～0.500.50～1.00

与经典域概念相对应的评价巷道指标全体取值范围是评价节域：

(2)

(2)式中，P为评估对象全体，Vip=[aip,bip]为ci取得的最大边界范围，即节域。

对于某一待评估巷道，其各个评估指标的集合称为待评物元：

本文针对深部巷道冒顶灾害危险性定量评估难题，首先根据现场冒顶案例调研确定了冒顶灾害影响指标体系，主要包括松动圈厚度、顶板离层量、应力强度比、锚杆(索)施工质量、顶板含水情况以及裂隙长度。基于可拓学理论确定了冒顶灾害评价经典域、节域，并对五采区冒顶巷道各评估指标进行了标准化处理，将冒顶灾害危险性评估等级定为5级。

(3)

一是发挥中物院科技资源优势，建立技术创新服务平台。Z公司以中物院丰富的科技资源和科研能力为依托，与中物院化工材料研究所联合共建四川省新材料研究中心，与中物院机械制造工艺研究所联合共建智能制造公共技术服务平台。面向孵化器内入驻企业辐射绵阳市其他中小微企业提供技术支持和技术创新服务。此外，Z公司还整合了中物院流体物理研究所、中物院核物理与化学研究所、中物院激光聚变中心等院内各所科研仪器，建立中物院国防科学仪器共享平台，为孵化器内入驻企业和其他中小微企业提供检测、检验服务。

1.2 关联函数

根据可拓理论，评价巷道各项指标关于各冒顶风险等级的隶属度用关联函数表示[8]，其计算式如下：

(4)

其中：

(5)

Vij=bij-aij

(6)

(7)

2 评价指标权重

熵的概念最先由C.E.Shannon提出，并作为信息无序程度的度量应用于信息论中，目前已经在工程技术、社会经济等领域得到了广泛的应用[9-10]。熵值可以反应指标的离散程度，进而判断指标对评价结果的影响，利用该方法确定评价指标权重的步骤如下：

2.1 指标数据无量纲化

 

(8)

式中，xki为第i个指标下第k个对象的值。

袁永华 女， 1991年5月出生于河南省商丘市，2014 年于河南城建学院获得学士学位，现为辽宁工程技术大学在读硕士生，主要研究方向为图像分割.

2.2 计算指标对应对象特征比重

定义第i个风险评估指标下第k个巷道的特征比重为pki，则有：

(9)

2.3 计算指标熵值

第i个风险指标对应熵值用(10)式计算：

 

2.4 计算指标熵权值

第i个风险指标对应熵权值为：

各风险评估指标数据量纲不同、量值大小不一，首先进行熵值计算前首先进行评估指标无量纲化：

为了获得研究区域各评估指标对应的熵权值，首先搜集第五采区5处冒顶位置各指标值。根据公式(8)对现场埋设的钻孔应力计、多点位移计等仪器的检测数据以及松动圈观测结果进行指标归一化，结果见表3。

 

表3 典型冒顶巷道指标归一化

  

冒顶巷道松动圈/m顶板离层量/m应力强度比锚杆(索)施工质量/%顶板含水情况观测裂隙长度/m5214轨道顺槽0.30.290.450.350.10.832108皮带顺槽0.860.680.890.580.150.755211轨道顺槽0.90.660.920.710.10.445采区回风大行交叉点0.550.850.560.30.10.55204轨道顺槽0.720.760.720.420.10.89

根据(9)～(11)式，计算获得冒顶风险评估指标熵权值：ωi=[0.25，0.20，0.14，0.20，0.06，0.15]。

基于现场测试获得了8206采面轨道顺槽评估指标的实际值，并进行了归一化处理，计算获得了待评巷道各指标关于各风险等级的关联度，综合评估结果表明，待评巷道冒顶风险等级为Ⅴ级，存在高度冒顶风险。现场顶板变形观测结果验证了评估方法的有效性，对重点部位采取加固措施，避免了冒顶灾害，确保了8206工作面顺利回采。

由此可知，第五采区巷道冒顶影响指标中，松动圈、离层值以及锚杆(索)施工质量是对冒顶风险影响最为大的3个指标，在平时指标检测时应赋予更大的关注。

3 待评巷道综合评估结果

3.1 待评巷道工况

[3] 谭云亮,赵同彬,颜伟.顶板活动地震波突变特征的小波识别[J].岩石力学与工程学报,2003(11):357-360.

8206采面为8204相邻采面，为保证生产安全，需要进行冒顶风险评估。8206工作面轨道顺槽沿12-1#煤层掘进，煤层埋深-850 m，平均厚度1.88 m，与8#层层间距平均29.8 m，与10#层层间距平均15.5 m。顶板为复合层状围岩，以炭质泥岩、薄层状中砂岩、泥岩(含断续煤线)为主。经现场3个变形严重位置测试知，8206工作面轨道顺槽松动圈平均厚度为1.68 m；顶板离层量平均0.4 m；应力强度比平均0.64；锚杆(索)施工质量较好，均能够达到设计锚固力的80 %以上；无渗水；裂隙延伸长度平均1.5 m。经归一化，根据公式(4)计算求得8206采面轨道顺槽关于各风险等级的关联度见表4。

 

表4 8206工作面轨道顺槽冒顶风险评估指标各等级关联度

  

巷道冒顶风险等级ⅠⅡⅢⅣⅤc1松动圈/m-0.43-0.29-0.090.16-0.44c2顶板离层量/m-0.77-0.72-0.66-0.550.45c3应力强度比-0.68-0.60-0.46-0.200.20c4锚杆(索)施工质量/%-0.330.33-0.20-0.60-0.73c5顶板含水情况0.50-0.50-0.75-0.83-0.88c6裂隙延伸长度/m-0.58-0.53-0.47-0.200.20

3.2 冒顶风险等级综合评估

待评巷道冒顶风险与第j个等级关联度评估公式为：

根据(12)式及表4计算可得到8206工作面轨道顺槽冒顶风险关于各等级的关联度为：K(p)=[-0.48,-0.34,-0.37,-0.30,-0.16]。

由此可知，各等级最大关联度为-0.16，因此8206工作面轨道顺槽冒顶风险综合评定等级为Ⅴ级，存在高度冒顶风险。需要在掘巷完成后，特别是工作面回采影响全过程，加密松动圈、顶板离层以及锚杆锚杆(索)施工质量等指标的观测点数量以及观测频率。

4 现场观测

为了保证巷道施工及生产安全，同时验证评估结果的可靠性，在8206采面轨道顺槽顶板3个离层明显位置观测巷道顶板表面收敛情况，经过1个月的不间断观测，获得了顶板下沉曲线如图1所示。

  

图1 8206工作面轨道顺槽变形观测

3个位置中2#及3#位置在工作面回采过程中，受回采压力的影响变形速度过大，与预测结果吻合。施工队随即采取了补打锚杆及锚索的措施，最终有效控制了顶板的继续下沉，确保了工作面超前压力影响区顶板稳定，避免了巷道冒顶风险。

5 结论

当前，技能竞赛的重要性尚未得到普遍认可，激励机制的建立和完善显得更为重要。我们采取物质奖励和精神奖励相结合的原则，科学合理地设置奖励标准与办法，具体如下。

(3)中，p代表某一待评巷道；vi为p关于评价指标ci的具体取值。

运用熵函数法确定了6项冒顶危险评估指标的熵权值。结果表明，冒顶影响指标中，松动圈、离层值以及锚杆(索)施工质量是对冒顶风险影响最为大的3个指标，在平时指标检测时应赋予更大的关注。

20世纪50年代，美国生理学家卡波维奇首次提出运动处方的概念。运动处方即医师根据医学检查资料（包括运动试验和体力测验），按病人的健康、体力以及心血管功能状况，用处方的形式规定运动种类、运动强度、运动频率及运动时间等，并提出运动中的注意事项等，以此来改善病人的身体状态。

参考文献:

[1] 李季,樊龙,赵希栋,等.工作面切眼顶板冒顶危险区预测体系研究[J].采矿与安全工程学报,2014,31(3):390-398.

想要写出一个好的文章，不是光靠借鉴就能完成的，这就要求我们的学生平时要进行大量的阅读，然后进行词汇的积累。在就读一些国外的英语文章时，要选择一些和自己水平差不多并且能有意义的文章，这样的阅读才能使写作有所提高。学生在阅读的同时眼界也是有所开阔，在阅读的过程也是需要思考的过程，提高了学生的逻辑思维难力，学生在一定阅读量积累的情况下，写作水平自然会得到不断提升，学生的文章会更加有深度、有内涵。

[2] 刘少伟.锚杆支护煤巷冒顶危险的应力影响及工程应用[J].采矿与安全工程学报,2007(2):98-103.

2013年1月，与8206采面相邻的8204工作面轨道顺槽发生了一次冒顶事故，305～340 m处顶板突然来压，1 h内下沉量达0.4 m，且炸帮严重。对此立即采取了支设木柱、补打锚索短钢梁等加固措施。2月1日-2月3日又补支三眼锚索梁及锚索组加强支护，至2月3日夜班顶板再次下沉0.6 m，巷道高度仅剩1.3 m，导致掘进机组无法撤出。

[4] 刘洪涛,马念杰.煤矿巷道冒顶高风险区域识别技术[J].煤炭学报,2011,36(12):2043-2047.

[5] 张召千,徐明德,刘泉声.煤巷围岩稳定性加权平均评价方法研究[J].岩土力学,2009,30(11):3464-3468.

老人撇撇嘴，说，那你忙，帮呼伦掩好门，看她的连续剧去了。呼伦听见云梦从浴池走出来，问老人物业的来干什么，老人说他们不让我在草坪里种豆，云梦说你在草坪里种豆了？老人说是啊，白瞎了那块好地方。云梦就咯咯答地笑了，呼伦甚至可以猜到她一边笑一边搂起老人的脖子。云梦边笑边说，哎呦妈妈你好可爱哦！

[6] 杨志双,韩玉龙,张浩然.基于可拓理论的西南典型山区泥石流的危险性分级[J].河南理工大学学报(自然科学版),2013,32(1):35-39.

[7] 姬丽华,史正涛,曾建军.基于物元可拓的熵值泥石流危险性评价[J].工业安全与环保,2015,41(3)：84-87.

“一体两翼”式实践教学目标体系是指以应用能力为主体、以职业素质培养和职业资格证书获取为两翼的实践教学目标体系(图1)。

[8] 杨卓,戎晓力,卢浩,等.基于熵权物元可拓理论的隧道塌方风险评估[J].安全与环境学报,2016,16(2):15-19.

据山西省水利工作会议消息，山西大水网中开工工期长、投资大的四大骨干工程——中部引黄、东山供水、辛安泉引水和小浪底调水工程将在2012年4月前全部开工建设。

[9] 龚雁冰,房道伟,张继国.基于信息熵与Theil不等系数的水资源可再生能力综合评价[J].水利经济,2009,27(3):9 -11.

独立学院教师教学质量评价的思考与实践…………………………………………………………………………王卓雅（1.66）

农业非点源污染是太湖流域重要的污染来源[1]，其对太湖的氮磷贡献率分别达83%和84%[2]。同时，化肥、农药、水资源的不合理使用及污水灌溉导致我国农业污染形势日益加剧，农田水环境恶化状况仍未改善[3]，尤其是农田径流污染形势严峻，威胁农业可持续发展和生态安全[4]，迫切需要持续开展农业非点源污染机制及生态治理的研究，生态沟渠[5]由于具有较高的氮磷拦截效果[6]和较好的生态景观效性受到广泛关注。

[10] 黄仁东,张小军.基于熵权物元可拓模型的隧道瓦斯等级评价[J].中国安全科学学报,2012,22(4):77-82.

综上所述，对轧钢加热温度控制的研究，有很大意义，但是我们也不得不面对研究中出现的很多问题，对于这些问题，笔者希望相关领域的人才可以献身于这方面的技术研究，从而使得这项技术可以自给自足，打破发达国家的技术封锁，为建设现代化的强国献出自己的热。

本文虽仅针对一次暴雨过程进行分析,但研究表明地基GPS-PWV资料对分析和预报降水过程有重要价值。今后需分析更多降水过程,以揭示地基 GPS-PWV资料在降水预报中的关键作用。