一种火区施工风险评估方法

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，具体为一种火区施工风险评估方法。


背景技术：

2.煤矸石作为煤炭开采过程中不可避免的排放废料，在煤炭产量中占比15％左右。煤矸石自燃成为危害人员安全和环境的重大问题，为了实现煤矸石自燃安全治理，首先要评估其存在的风险，本节基于多源信息融合的火区探测结果，进而对煤矸石山进行风险评估研究，本技术提出一种火区施工风险评估方法。


技术实现要素：

3.技术方案
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火区施工风险评估方法，包括确定探测方法与建立煤矸石自燃危险性评估体系，所述探测方法包含红外探测、精细化探测-测氡、精细化探测-钻孔测温、火区圈划，所述建立煤矸石自燃危险性评估体系包含毒性评判、气体爆炸危险性评判、火势发展指标、最后进行风险综合评估；
5.所述风险评估方法如下：
6.s101、危险区域网格化；
7.s102、探测获取红外、温度、气体、氡的数据；
8.s103、确定火区范围；
9.s104、最后进行评估。
10.优选的，在探测之前，首先要对区域进行网格化划分，最小网格为30m
×
30m，红外探测，钻孔测温测气和测氡，首先采用红外确定整体火区危险区域，确定危险区域后，进行精细化探测，一个是测氡，用来定位火区；另一个是钻孔测温，确定火区温度。
11.优选的，所述建立煤矸石自燃危险性评估体系从毒性指标、爆炸危险性指标和火势发展指标建立煤矸石自燃危险性一级评估体系。
12.优选的，所述毒性评判将危害指数按照公式(1)归一确定毒性危险性综合评价权重，按照公式(2)计算毒性综合指数，最后确定测试区域毒性危险等级；
[0013][0014]
式中，ki为有害气体毒性权重，di为第i种毒性气体的毒性指数；
[0015][0016]
其中i为第i个有害气体；n为有害气体种类个数；ki为有害气体毒性权重；ci是第i种物质的浓度；c
iidlh
是第i种物质的浓度idlh值；
[0017]
混合气体毒性按照公式：
[0018][0019][0020][0021]caidlh
、c
amid
、c
amac
为混合气体临界值，ki为有害气体毒性权重，yi为i物质组分含量。
[0022]
优选的，所述气体爆炸危险性评判，采用计算混合气体的气体爆炸下限来进行判断，得出混合气体爆炸下限后，结合单一爆炸性气体爆炸下限和爆炸性气体混合含量后，对混合气体爆炸危险性进行综合评判，混合气体爆炸下限计算公式如式(6)所示，典型可燃气体的爆炸下限值如下所示：
[0023][0024]
式中，lel为混合气体爆炸下限；yi为i物质组分含量；n为物质种类；为第i种气体的爆炸下限；
[0025]
优选的，所述火势发展指标，根据煤矸石自燃发展趋势主要与co、氡浓度和内部温度有关系，按照重要度方法，内部温度重要度大于co浓度；co浓度重要度大于氡浓度，分析数据并由专家讨论后，对上述co、氡浓度和表面温度三个因素赋予权重系数，一般取为0.14、0.36、0.5，表面温度、co气体浓度、氡浓度，这些指标对火区均是正影响，对数据进行归一化处理后，假设其与火势发展指标q均成一次方关系，定义火势发展指标q，其计算式如式(7)所示，依据参数对q值进行计算，并判断火区危险性。
[0026]
q＝0.14k
radon
0.36k
co
0.5k
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]
其中：
[0028]
q—为火情评价指标；
[0029]kco
为co气体归一化结果；
[0030]kt
为内部温度归一化结果；
[0031]kradon
为氡浓度归一化结果。
[0032]
优选的，所述风险综合评估综合评价采用模糊决策的方法，首先建立因素集，权重集，评论集，依据专家评判和决策方式，对参数进行打分和计算，最后依据归一化方式，得出
评判结果：
[0033]
因素集
[0034]
根据矸石山自燃易发生的事故可知，因素集u主要由毒性(u1)、气体爆炸危险性(u2)和火势发展指标三项构成(u3)；
[0035]
u＝[毒性，气体爆炸危险性，火势发展指标]
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0036]
权重集
[0037]
根据矸石山自燃治理经验可知，爆炸(u2)、人员中毒(u1)发生的机率较少，火势发展(u3)危害较大，所以火势发展(u3)判断重要性大于爆炸危险性(u2)；爆炸危险性(u2)大于毒性指标(u1)，由专家确定权重系数，即可得到权重集；
[0038]
a＝[a1 a2 a3]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0039]
建立评论集v
[0040]
根据现场施工区域实际数据，综合评估毒性、爆炸危险性和火势发展的危险性，评判人可能对其做出总的评语为危险性很大、较大、一般和小，则评判集为
[0041]
v＝[很大，较大，一般，小]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0042]
对因素集中的各个因素进行评判，需要由专家来进行，具体做法为固定一个因素，进行单因素评判，联合所有单因素评判，可得到单因素评判矩阵r；
[0043][0044]
构造模糊评价模型
[0045]
得到评判矩阵r之后，结合上文确定的权重集a，构建综合评价模型b，见式(12)，并按照根据加权模糊算子m(
·
， )计算；
[0046][0047]
评估
[0048]
为了全面考虑各指标对总目标自燃危险性的影响，本文采用加权平均的方法对评判结果z进行归一化处理，得到式(13)；
[0049][0050]
与现有技术相比，本发明提供了一种火区施工风险评估方法，具备以下
[0051]
有益效果：
[0052]
1、该火区施工风险评估方法，为了有效评估煤矸石自燃危险性，从毒性指标、爆炸危险性指标和火势发展指标建立煤矸石自燃危险性一级评估体系，毒性指标主要包括co、h2s、radon等有害气体参数组成；爆炸危险指标主要包括co、h2s、ch4等可燃气体指标；火势发展指标主要包括co标志气体影响系数、内部温度影响系数、氡浓度影响系数等参数。
[0053]
2、该火区施工风险评估方法，根据现场气体爆炸危险性判断，可采用计算混合气
体的气体爆炸下限来进行判断，得出混合气体爆炸下限后，结合单一爆炸性气体爆炸下限和爆炸性气体混合含量后，对混合气体爆炸危险性进行综合评判。
[0054]
3、该火区施工风险评估方法，首先确定探测方法与建立煤矸石自燃危险性评估体系，探测方法包含红外探测、精细化探测-测氡、精细化探测-钻孔测温、火区圈划，建立煤矸石自燃危险性评估体系包含毒性评判、气体爆炸危险性评判、火势发展指标、最后进行风险综合评估。
具体实施方式
[0055]
下面将结对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
一种火区施工风险评估方法，包括确定探测方法与建立煤矸石自燃危险性评估体系，所述探测方法包含红外探测、精细化探测-测氡、精细化探测-钻孔测温、火区圈划，所述建立煤矸石自燃危险性评估体系包含毒性评判、气体爆炸危险性评判、火势发展指标、最后进行风险综合评估；
[0057]
所述风险评估方法如下：
[0058]
s101、危险区域网格化；
[0059]
s102、探测获取红外、温度、气体、氡的数据；
[0060]
s103、确定火区范围；
[0061]
s104、最后进行评估；
[0062]
红外探测：首先采用红外摄像对整体区域进行拍摄，可以快速定位高温区域内表面高温点，为揭示浅表面煤自燃或燃烧点提供重要分析依据；用红外热像仪持续观察火区表面高温区域发展变化情况，可以推测火区火势及蔓延规律，对揭示判断火区燃烧状态具有重要作用；
[0063]
精细化探测-测氡：采用rad7装置对隐蔽火区进行地面测氡，在第一次测量之前，探测器被平放在地上。样品室用压缩空气排出前一天残留的氡。通过干燥采集气体样品装置，并进入rad7内部0.7升的气体样品室。当测试开始时，采集的气体样品的湿度应在仪器允许的范围内。rad7测氡仪测氡的一个测试周期为15分钟，测试设，将取气杆放入钻孔(30～40cm)，然后将钻孔密封；
[0064]
精细化探测-钻孔测温：对探测区域钻孔测温测气，进一步确定火区温度和气体，完成火区危险状态判定；
[0065]
火区圈划：以氡浓度的1.5为危险阈值，超过该阈值被定义为危险区域，从而确定火区。
[0066]
进一步的，在探测之前，首先要对区域进行网格化划分，最小网格为30m
×
30m，红外探测，钻孔测温测气和测氡，首先采用红外确定整体火区危险区域，确定危险区域后，进行精细化探测，一个是测氡，用来定位火区；另一个是钻孔测温，确定火区温度。
[0067]
进一步的，所述建立煤矸石自燃危险性评估体系从毒性指标、爆炸危险性指标和火势发展指标建立煤矸石自燃危险性一级评估体系。
[0068]
进一步的，所述毒性评判将危害指数按照公式(1)归一确定毒性危险性综合评价
权重，按照公式(2)计算毒性综合指数，最后确定测试区域毒性危险等级；
[0069][0070]
式中，ki为有害气体毒性权重，di为第i种毒性气体的毒性指数；
[0071][0072]
其中i为第i个有害气体；n为有害气体种类个数；ki为有害气体毒性权重；ci是第i种物质的浓度；c
iidlh
是第i种物质的浓度idlh值；
[0073]
混合气体毒性按照公式：
[0074][0075][0076][0077]caidlh
、c
amid
、c
amac
为混合气体临界值，ki为有害气体毒性权重，yi为i物质组分含量。
[0078]
进一步的，所述气体爆炸危险性评判，采用计算混合气体的气体爆炸下限来进行判断，得出混合气体爆炸下限后，结合单一爆炸性气体爆炸下限和爆炸性气体混合含量后，对混合气体爆炸危险性进行综合评判，混合气体爆炸下限计算公式如式(6)所示，典型可燃气体的爆炸下限值如下所示：
[0079][0080]
式中，lel为混合气体爆炸下限；yi为i物质组分含量；n为物质种类；为第i种气体的爆炸下限；
[0081]
进一步的，所述火势发展指标，根据煤矸石自燃发展趋势主要与co、氡浓度和内部温度有关系，按照重要度方法，内部温度重要度大于co浓度；co浓度重要度大于氡浓度，分析数据并由专家讨论后，对上述co、氡浓度和表面温度三个因素赋予权重系数，一般取为0.14、0.36、0.5，表面温度、co气体浓度、氡浓度，这些指标对火区均是正影响，对数据进行归一化处理后，假设其与火势发展指标q均成一次方关系，定义火势发展指标q，其计算式如
式(7)所示，依据参数对q值进行计算，并判断火区危险性。
[0082]
q＝0.14k
radon
0.36k
co
0.5k
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0083]
其中：
[0084]
q—为火情评价指标；
[0085]kco
为co气体归一化结果；
[0086]kt
为内部温度归一化结果；
[0087]kradon
为氡浓度归一化结果。
[0088]
进一步的，所述风险综合评估综合评价采用模糊决策的方法，首先建立因素集，权重集，评论集，依据专家评判和决策方式，对参数进行打分和计算，最后依据归一化方式，得出评判结果：
[0089]
因素集
[0090]
根据矸石山自燃易发生的事故可知，因素集u主要由毒性(u1)、气体爆炸危险性(u2)和火势发展指标三项构成(u3)；
[0091]
u＝[毒性，气体爆炸危险性，火势发展指标]
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0092]
权重集
[0093]
根据矸石山自燃治理经验可知，爆炸(u2)、人员中毒(u1)发生的机率较少，火势发展(u3)危害较大，所以火势发展(u3)判断重要性大于爆炸危险性(u2)；爆炸危险性(u2)大于毒性指标(u1)，由专家确定权重系数，即可得到权重集；
[0094]
a＝[a1，a2 a3]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0095]
建立评论集v
[0096]
根据现场施工区域实际数据，综合评估毒性、爆炸危险性和火势发展的危险性，评判人可能对其做出总的评语为危险性很大、较大、一般和小，则评判集为
[0097]
v＝[很大，较大，一般，小]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0098]
对因素集中的各个因素进行评判，需要由专家来进行，具体做法为固定一个因素，进行单因素评判，联合所有单因素评判，可得到单因素评判矩阵r；
[0099][0100]
构造模糊评价模型
[0101]
得到评判矩阵r之后，结合上文确定的权重集a，构建综合评价模型b，见式(12)，并按照根据加权模糊算子m(
·
， )计算；
[0102][0103]
评估
[0104]
为了全面考虑各指标对总目标自燃危险性的影响，本文采用加权平均的方法对评判结果z进行归一化处理，得到式(13)；
[0105][0106]
工作原理：该火区施工风险评估方法在进行评估时，首先确定探测方法与建立煤矸石自燃危险性评估体系，探测方法包含红外探测、精细化探测-测氡、精细化探测-钻孔测温、火区圈划，建立煤矸石自燃危险性评估体系包含毒性评判、气体爆炸危险性评判、火势发展指标、最后进行风险综合评估。
[0107]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。