煤矿瓦斯爆炸原因分析论文

2012年8月，四川省发生了攀枝花肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故，造成48人死亡，全年煤矿事故多发。面对这样的困境，四川省煤矿监察系统接受事故教训，加强警示教育，严抓整改，让事故不再重复发生。“蜀道难，难于上青天。下面小编整理了一些《煤矿瓦斯爆炸原因分析论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

煤矿瓦斯爆炸原因分析论文 篇1：

煤矿瓦斯爆炸原因分析与防治对策

在煤炭开采过程中，瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大，从每年的事故统计中来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70％左右，为此，瓦斯称为煤矿灾害之王。因此，分析瓦斯爆炸原因，制订防治对策，显得特别重要。

1、瓦斯爆炸原因分析

1．1　瓦斯爆炸特点：根据多年对煤矿瓦斯爆炸事故统计分析，可以发现有如下一些特点：①瓦斯爆炸多为大事故：②事故地点多发生在采煤与掘进工作面，③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大；④多为火花引爆；⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生：⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿：⑦基建、技改矿井和转制矿井瓦斯爆炸事故多发。

1．2　事故原因分析：煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关，但总的来说，主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。a、瓦斯积聚的存在，煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多，但主要有通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有22起主要是因通风系统不合理，存在风流短路、多次串联和循环风，造成供风地点风量不足，而引起瓦斯积聚；有9起主要是因局部通风机安装位置不当、风筒未延伸到供风点或脱落引起供风点有效风量不足，而造成瓦斯积聚：有2起事故主要是因停电停风而引起瓦斯积聚：有1起是盲巷积聚的瓦斯被引爆。b、引爆火源的存在，煤矿井下引爆瓦斯的火源有：爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有16起是由放炮产生的火花引爆的：有15起事故是由电器设备及电源线电火花引爆的。c、装备不足、管理不落实，矿井安全装备配置不足，“先抽后采，监测监控，以风定产”方针未得到完全落实。如2005年发生的41起特大瓦斯事故中，有的矿井没有安装瓦斯监控系统或运行不正常，有的矿井虽安装有监控系统，但因传感器数量不足、安装位置不对、线路存在故障、显示器不显示数据等问题，不能有效发挥其应有的作用。此外乡镇煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行，监控系统也不能有效发挥作用。d、管理水平低，许多事故分析发现，违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故，但未引起重视，最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此，管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。e企业技术管理薄弱，一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患。

2、控制瓦斯爆炸事故的技术措施

瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸主要有：优化通风网络及通风系统，防治瓦斯积聚，进行瓦斯抽放，加强瓦斯浓度和火源监测，防止点火源的出现等：抑制爆炸主要采用隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内，从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。

2．1　瓦斯爆炸事故的预防措施

a、煤矿瓦斯抽放技术，(1)我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46％。瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。如皖北煤电集团公司祁东煤矿利用抽放瓦斯进行发电取得了可观的经济效益和社会效益。(2)为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术：提高单一低透气性煤层的抽放率：研制钻进能力更强的钻机具：完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术：开发新的瓦斯抽放技术及设备。(3)瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等：抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。并研制出与之相配套的强力钻机及配套机具，如MK型长钻孔钻机和ZSM顺层强力钻机等。此外已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。(4)利用多分支羽状适用技术，解决低渗煤层瓦斯治理问题，以提高抽采率。(5)煤矿瓦斯治理也应该与煤层气产业化紧密结合起来。

b、矿井瓦斯浓度及火源监测技术，矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要，当发现瓦斯异常或有火源产生，立即采取措施可防止爆炸事故的发生。我国目前开发了KJ90、KJ92、Ku94、KJ95、KJ73、KJ66等型号的矿井安全监控系统，以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。已有多个矿井安装了矿井安全综合监控系统，并具有如下功能：①矿井环境和工况参数实时监控：②主要通风机在线监测：③巷道火灾实时监测；④矿井瓦斯抽放实时监测：⑤中击地压实时监测：⑥煤与瓦斯突出实时监测：⑦煤层自然发火实时监测：⑧瓦斯爆炸或燃烧实时监测：⑨矿井电网监测等多种功能。监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平，防止了许多事故的发生。

c、井下火源防治，对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施，除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外、还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现，如放炮时检测瓦斯浓度，采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施。另外加强明火的管理，严格动火制度，消除引爆瓦斯的火源。

d、优化通风网络及通风系统，合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施，为此，瓦斯防治工程与采掘工程，必须同时设计，超前施工，同时投入使用。

2．2　隔爆措施

矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播，限制火焰的传播范围，主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。(1)被动式隔爆棚。隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安装方便，因而得到了广泛的使用，其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚，具有适应性强，安装、拆卸和移动方便的特点。(2)自动式抑爆装置。使用压力或温度传感器，在爆炸发生时探测爆炸波，及时将预先放置的水、岩粉、N2.CO2等喷洒到巷道中，从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。如ZGB-Y型自动隔爆装置采用高压氮气引射消焰剂，能将爆炸限制在距爆源40-60m之内：YBW-1型无电源触发式抑爆装置，适合安装在距爆源20-45m的巷道中：ZYB-S型自动产气式抑爆装置采用实时产气原理，当传感器接收到燃烧或爆炸火焰时，触发气体发生器快速产生的高压气体喷洒消焰剂，抑制火焰的传播。

3、结语

瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一个系统工程，除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外，还应加强安全管理和安全监督，重视员工安全意识的培养。只有把安全放在首位，认真落实瓦斯治理的“十二字”方针，健全各项规章制度，合理加大安全投入，瓦斯爆炸事故及其他灾害事故才能大幅度地减少，煤矿的安全状况才能得到根本好转。

作者：汝连士

煤矿瓦斯爆炸原因分析论文 篇2：

在困境中前行

2012年8月，四川省发生了攀枝花肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故，造成48人死亡，全年煤矿事故多发。面对这样的困境，四川省煤矿监察系统接受事故教训，加强警示教育，严抓整改，让事故不再重复发生。

“蜀道难，难于上青天。”行驶在去往古蔺县龙洞煤矿的途中，细小的雪花不断飘落到车窗上，本来就因浓重的雾气而受到影响的视线变得更差，不时有一辆或数辆满载货物的卡车从浓雾中缓慢钻出，在狭窄的山道中擦身而过，不禁让记者想起四川省煤矿安全监察局副局长黄锦生的话，“四川煤矿安全工作，比上蜀道还要难。可是再难，我们也要在困境中不断前行。”

警示

“2012年煤矿安全生产情况，四川省的形势很严峻。”谈到本省情况，黄锦生介绍，四川省煤炭资源赋存条件差，煤矿数量多、井型小，抗灾能力弱，煤矿事故总量大，较大事故集中多发，重特大事故尚未根本遏制，安全生产形势十分严峻。“四川煤矿的特点是薄煤层、高瓦斯，全省煤矿一二级水害327处，很多小井型上不了机械化，顶板隐患严重。2012年8月，发生了攀枝花肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故，造成48人死亡。面对这样的困境，我们煤矿安全监察部门更要加强警示教育，严抓安全整改，让事故不再发生。”黄锦生说。

在“8·29”肖家湾煤矿瓦斯爆炸事故发生后，四川省安监局在全省范围内组织开展了煤矿事故警示教育活动，将全国煤矿事故分析暨警示教育会上剖析的14起煤矿事故案例光盘等资料，下发到各产煤市（州）及县级煤矿安全监管部门、煤监分局和所有煤矿企业，要求各地、各企业立即开展煤矿事故警示教育活动。由5名局领导带队赴5个煤监分局，分片区召开各产煤市（州）、县（市、区）煤矿事故分析暨警示教育会，督促各地开展煤矿安全警示教育活动。

泸州市泸县将过去20年来，县内发生的14起较大以上事故进行了整理分析，剖析这些事故的原因，并以此为依据制定了县内煤矿企业的整改方案。广元市召开了全市煤矿业主大会，学习传达全国煤矿事故分析暨警示教育会精神，组织煤矿业主集体观看警示教育片。达州市宣汉县组织煤矿业主和矿长召开煤矿安全例会，要求各煤矿在恢复生产之前必须组织从业人员收看宣讲《煤矿事故分析暨警示教育片》。川煤集团将近10年发生的重点安全事故制作成安全事故警示教育案例分析图牌板，在每对生产矿井开展了为期两天的以“不忘伤痛，刻骨铭心，牢记教训，警钟长鸣”为主题的安全警示教育活动。

强化监管

针对肖家湾煤矿暴露出的违法违规组织生产、技术管理缺失、现场管理混乱等问题，四川省煤监局开展了全面的整改工作，推进煤矿瓦斯综合治理工作体系建设。截至2013年1月，四川省已建成达州宣汉、雅安荥经等10个国家级瓦斯治理示范县，眉山仁寿县等10个省级瓦斯治理示范县，建成达标矿井379处， 28个县级煤矿安全监管部门已配备总工程师。全省共有301对矿井启动了固定瓦斯抽采系统建设，建成固定瓦斯抽采系统230套，23个煤矿建成了瓦斯发电厂，装机近8万kw。共完成抽采瓦斯纯量3.88亿m3，利用瓦斯纯量1.71亿m3。“8·29”事故后，全省58处9万t及以下的突出矿井已全部停产。省能源局牵头，制定出台了《四川省煤矿企业瓦斯防治能力评估实施细则（试行）》和《关于开展煤矿企业瓦斯防治能力评估工作的通知》，启动了四川省煤矿企业瓦斯防治能力评估工作。目前已评估突出矿井45处，其中具备防突能力矿井41处。省安监局开展煤矿瓦斯等级鉴定和突出矿井鉴定戴帽工作，启用了“四川省煤矿瓦斯等级鉴定管理系统”，组织全省各煤监部门及煤矿单位的专家对矿井煤层突出危险性鉴定报告评审，推进瓦斯等级鉴定信息化管理。省局对108处矿井的鉴定报告进行了评审，认可30份报告，责成78对矿井重新鉴定或申请直接戴帽，有5对矿井直接申请认定为突出矿井。

为遏制煤矿事故多发的势头，四川省安办从2012年12月起，组织了11个暗访组，由煤监局局长孙建军、副局长黄锦生等带队，对各地煤矿安全生产情况进行了明查暗访。暗访组暗访了产煤县（区、市）62县次，暗访检查煤矿168矿次，责令煤矿停产整改9矿次、限期整改3矿次。全省各县、市也开展了煤矿暗访活动。

达州市副市长与市安办副主任对开江县星源煤矿进行暗访，通过查现场、查图纸资料，询问煤矿安全管理人员和煤矿井下工人，发现了煤矿企业执行上级有关决定不力、煤矿安全管理和投入不到位、煤矿驻矿安监员未实行专职驻矿等问题。暗访结束后，针对发现的问题，副市长要求开江县政府派专人，对暗访组发现的问题进行跟踪督查整改到位，市安监局进行督促落实。同时，要求开江县政府组织有关部门对煤矿复产复工再次进行安全隐患排查、整治，落实县级政府“包矿”责任制和驻矿安监员驻矿制度，严格煤矿复产复工条件和程序，严禁煤矿不具备复产复工条件，擅自复产复工。

宜宾市在暗访期间发现，高县、宜宾县、翠屏区、珙县煤矿问题较多，于是，市安全监管局会同宜宾市经信委、四川煤监局川南分局等有关部门，对上述县的县长、分管副区县长及安全监管局长进行了煤矿安全生产工作约谈。

2013年1月9日，省局会同省监察厅对达州市南江县和广元市朝天区政府县长、分管副区县长，以及安全监管局长进行煤矿安全生产工作约谈，指出了各地在煤矿安全工作方面存在的现场管理不到位、通风设施不够完善、人员培训制度落后等不足之处，并提出了建立现场管理制度、加强通风、注重培训等意见和建议。

针对特点抓安全

四川煤矿安全监察局川南监察分局负责宜宾、自贡、内江等4个市、18个县的煤矿安全监察工作，现有煤矿425处，其中煤与瓦斯突出矿井81处、高瓦斯矿井183处、瓦斯矿井161处；煤层自然发火矿井115处；已调查水患矿井中1类水患矿井18处。

“川南分局把握煤矿安全的客观规律，抓住不同时期的不同特点，有针对性地开展煤矿安全工作。”黄锦生介绍说，2012年年初，川南分局开展了以春节安全管理为主的“百日安全生产”活动；春节前，印发了煤矿节后复工复产条件和程序指导意见的通知，狠抓复工复产煤矿工作方案、程序和标准落实；春节上班后，针对其他煤矿还处于春节停工的实际，分局对辖区16对国有重点煤矿开展了为期两周的集中监察执法活动，重点监察煤矿瓦斯防治、采煤方法和支护改革、水患治理、隐患排查、采掘头面审核、领导下井带班、“六大系统”建设等落实情况，共查出隐患345条；在夏季，组织了“一通三防”和瓦斯治理、防治水专项监察；在秋季，强化了建设项目、粉尘防治和安全生产许可证持证条件重点检查；“十八大”后，分局每周派出3～4个督查组，会同市县安全监管部门共同开展安全督查，推动复工复产验收按程序和标准进行。

在监察工作中，川南分局坚持“监察进度服从监察质量”原则，每矿次投入监察力量不少于4个监察工作日，以瓦斯治理、防治水和建设项目为重点，指导县区监管部门强化煤矿安全监管，推动煤矿企业落实主体责任。2012年，分局共监察煤矿482矿次，查处隐患3 982条，责令停产整顿矿井46矿次，责令建设矿井停止施工89矿次， 暂扣《安全生产许可证》42矿次。2011年，分别对筠连县巡司二煤矿等7家非法违法生产企业给予行政处罚；2012年四季度，会同宜宾市安全监管局严肃查处瓦斯三级报警矿井，对3处矿井实施分别处罚10万元以上罚款，责令12对矿井停产整顿。

与2008年相比，2012年，川南煤矿的事故量下降59%，死亡人数减少58%。黄锦生说：“川南分局开展对应不同时段的‘一年四季抓安全’工作，使川南地区煤矿企业的安全状况得到了很大的改善。”

“误报也要查”

泸州市位于四川省东南部，市辖古蔺、叙永等产煤县都处于群山环抱之中，交通条件相对较差。“泸州市的煤矿瓦斯灾害较为严重，是煤矿隐患排查工作的重点。可是煤矿企业几乎都在大山里，检查一个煤矿就要开车行驶上百千米山路，耗费一整天时间，以现有的人力根本无法实现所有煤矿完全监控。因此，我们启用了煤矿瓦斯远程监控平台，解决了这个问题。”泸州市安监局副局长张继林介绍说。

泸州市煤监局吸取“8·29”煤矿瓦斯爆炸事故教训，通过采掘头面预先审批、“四个煤量”控制等措施，强制要求采区巷道没有完善前不得施工回采巷道，新施工的主要巷道必须布置在岩层中，规范煤层开采顺序；通过机械化采掘工艺改革，提高单采单掘工效，压减采掘头面数量，减少井下作业人员。全市有30对矿井建成瓦斯抽采系统并投入使用，27对矿井建成安全高效矿井。市辖3个产煤县的瓦斯综合治理工作体系建设，均通过省煤监局的考核验收，9万t及以上规模的生产矿井均按规划进度通过了瓦斯综合治理工作体系建设达标验收。

为了将这些措施落到实处，及时发现、迅速消灭瓦斯隐患，泸州市建立了市、县煤矿瓦斯远程监控平台。市安监局印发《泸州市煤矿安全监控三级报警调查处理制度》规定：对瓦斯超限时间超过60min、瓦斯传感器值大于或等于3%、主要通风机或局部通风停机（指工作风机和备用风机均停机）持续时间超过60min和煤矿监控掉线超过120min的报警信息，一律认定为煤矿瓦斯安全监控系统3级报警。一旦安全监控系统发出3级报警，煤矿值班领导必须及时组织排查、及时处理。除传感器故障原因造成的误报警外，煤矿企业必须立即撤出全矿井或局部危险区所有作业人员，并接受县安全监管局调查处理。县安全监管局在收到安全监控3级报警的信息后，应在1个工作日内，组织不少于3人的煤矿安全监控3级报警调查处理小组，前往报警煤矿，按照“四不放过”的原则和事故调查的有关规定开展调查，并在5个工作日内完成调查报告，上报市安监局备案存查。

“每天，县安监局的煤矿瓦斯监控平台都会收到数十条报警信息，其中就有一些属于3级报警。”古蔺县安监局局长云世波介绍，有一次，监控系统显示县辖的龙洞煤矿某处瓦斯传感器峰值突破3%，且处于极高的数值，属于3级报警。县局煤矿瓦斯监控中心的工作人员经过计算，认为该数值过高，已经超过龙洞煤矿的瓦斯数值上限，应为系统的一次误报。但云世波仍指示，按照正常3级报警程序，立即联络龙洞煤矿的驻矿安监员。驻矿安监员在30min内就赶到报警的传感器处，经过检查，证实此次报警为传感器线路故障导致的一次误报。在安监员写好检查记录并上报之后，县监控中心将记录登记在案，这起有惊无险的报警才算告一段落。云世波说：“有时候，就算明知道是误报，我们也一定要求驻矿安监员去进行检查确认。毕竟，瓦斯监控系统维系着的，是煤矿工作者的生命安全！”

在四川全省煤矿监察部门的通力合作下，2012年，四川省煤矿生产安全事故大幅下降。全省共发生煤矿生产安全事故119起，死亡200人。与2002年的532起、655人相比，事故起数降幅达78%，死亡人数降幅达70%。

编辑 刘 旸

作者：刘旸

煤矿瓦斯爆炸原因分析论文 篇3：

一种基于最大熵原理的瓦斯爆炸脆性风险熵函数的提出

摘要:煤矿瓦斯爆炸事故的发生存在一定的偶然,但其内在也是存在着必然的,此必然就体现在了煤矿瓦斯系统内部所存在风险因素。文章针对煤矿系统中的瓦斯爆炸问题,通过分析从中找出使整个系统崩溃(事故发生)的因素集合 ,并在此基础上根据最大熵原理得出煤矿瓦斯爆炸事故的风险熵函数。

关键词:瓦斯爆炸；最大熵；脆性；熵函数

引言

水、火、瓦斯、煤尘、顶板构成煤矿安全生产五大灾害。据统计仅2002年全国煤矿共发生死亡事故4334起，死亡人数为6995人，占全国工矿企业死亡总数的47%，其中，瓦斯爆炸事故又占到了17%，死亡人数占34%，并多为重特大事故，其中全国累计发生的30人以上特别重大事故中，瓦斯爆炸事故就占了58%，在社会上造成了恶劣的影响，给国家和人民带来了巨大的损失。

一、影响煤矿瓦斯爆炸相关因素的集合选取及分析

事故致因理论认为：人，机和环境这3个因素在同一时空，发生的机不安全状态，人的不安全行为，在环境因素的影响下，相互作用而发生的事件，见图1，其函数关系是事故=(人，机，环境),其中人和机是发生事故的必要条件,环境是外因,它对事故发生有很大的诱发因素,是造成事故发生的充分条件。

所以，将将火源，瓦斯，人失误，故障，机，环境视为构成煤矿瓦斯爆炸最基本的5个集合体。

（一）火源

火源是指能足够点燃瓦斯的能量，井下瓦斯爆炸的引火源多种多样，各种明火，煤炭和可燃物的自燃，电线短路，过载电流，电弧，电火花，磨擦或冲击火花等，其温度和能量都足以引燃瓦斯。

（二）瓦斯

瓦斯是指符合爆炸浓度的瓦斯集聚，瓦斯超限。一般造成瓦斯集聚的原因有：局部通风机停转，风筒脱节，采掘工作面风量不足，风道堵塞，临时改变通风系统，风流短路，自然通风，采空区积聚等。

（三）人的因素分析

人因事件定性分析是指对已发生的一些人因事件进行分析,从中找出人因事件发生的根本原因, 共七大类，即违章操作；管理失误；技术失误；思想麻痹松懈；无安全意识；个人防护失误；无预见性。

（1）违章操作：工人岗位责任制

操作程序与要求

三级安全教育

工作年限

（2）管理失误：

（3）技术失误：技术人员的水平

技术人员的力量与配备

（4）思想麻痹松懈：

（5）无安全意识：

（6）个人防护失误：

（7）无预见性：

（四）对机的因素分析

围绕着瓦斯爆炸这一事件，“机”所涉及因素有2个方面：

（1）机电设备故障

（2）通风设备故障

（五）环境因素的分析

（1）煤炭的供求关系

（2）企业与地方关系

（3）瓦斯因素

（4）环境气象要素

这些是可以通过现场进行量化评价的。

（六）集合之间的关系

火源、瓦斯、人的行为、机的组成、环境的影响，构成了评价矿井瓦斯爆炸危险性最基本的5个集合，这5个集合是相对独立的，同时又具有相关性和层次性，火与瓦斯两集合的交集构成了顶上事件—瓦斯爆炸的发生。“人”的行为与“机”的状态，两者失误又构成了火的产生或瓦斯的超限。同时5个集合又具有层次性和整体，在环境集合的影响下，其逻辑关系是{人的失误}{机的失稳}{火或瓦斯}{火瓦斯}{瓦斯爆炸}。

综上所述，建立了煤矿瓦斯爆炸的脆性致因集合

于是建立下面的瓦斯爆炸分析模型结构

二、应用最大熵模型对煤矿瓦斯系统的脆性风险分析模型

煤矿瓦斯系统脆性风险分析的依据是脆性风险变量的概率特性,进行概率分析时一般根据所获得的一些先验信息设定先验分布,都是依赖于决策者的个性,即决策者的主观意念。而最大熵准则是一种有一定意义的客观准则,由它设定的先验分布是惟一能够作出的无偏假设。1957年, Jaynes在统计力学中提出最大熵原理,即:“最少为偏见的概率分布是这样一种分布,它使熵在已知信息的附加约束条件下达到最大化”。可以表述为在所有满足给定约束条件的许多概率密度函数中,使信息熵最大的概率密度函数就是最佳(即偏差最小)的概率密度函数。这种分布最随机、最少主观成分,反映系统满足约束条件下,趋向达到最稳定状态,即普里高津根据李雅普诺夫稳定性理论找到的平衡态。根据最大熵原理,结合已辨识出的系统脆性因子,建立煤矿瓦斯系统的脆性风险模型,其基本思想是脆性风险估计问题转化为相应的信息处理与寻优问题。已知信息作为约束条件影响所描述脆性指标的概率特性,通过求解模型,最终获得有关脆性风险指标的概率密度分布函数。对于脆性风险这一具体问题,可设某煤矿瓦斯系统的脆性风险指标为随机变量x的函数(假定为连续变量),则熵定义为

（1）

由最大熵原理得到随机变量x的概率分布应为

（2）

将先验信息构成约束条件：

（3）

（4）

(5)

式中:为随机变量所在的集合;为随机变量的矩阶数,需要在计算中根据具体问题确定;为影响随机变量的脆性因子数,;是保证变量有意义的区间;为的第阶原点矩的观测值,系统的约束条件共个; 是通过系统分析而辨识出来的系统脆性因子。式(5)为随机变量与个脆性因子的关系表达式,需要分析者根据具体问题建立相应表达式。该模型表示在满足已知约束条件下,以最大熵原理为准则求得系统的脆性风险函数。

在对模型进行求解中,模型实际上是一个条件极值的问题。引入拉格朗日乘子 ,…,,令：

（6）

问题转化为求的最大值,由变分法可以得到相应的欧拉方程：

（7）

对上式求解,得到：

（8）

这就是以最大熵原理为基础的脆性风险关于脆性因子的函数关系。只要确定其中的参数,…,,就可以确定函数。

根据约束条件式（3）和（4）,便可得到求解,…,应满足：

（9）

（10）

为从式（10）中求出各的数值解,可将它改写为：

（11）

这就是以最大熵原理为基础的脆性风险关于脆性因子的函数关系。只要确定其中的参数,…,,就可以确定函数。

根据约束条件式（3）和（4）,便可得到求解,…,应满足：

（12）

（13）

为从式（10）中求出各的数值解,可将它改写为：

（14）

求出式（11）残差平方和的最小值就可以得到各个的近似值。这是一个非线性优化问题(为规定的允许误差)时,即认为式(11)收敛。将求得的,…,的值,再代入式（8），得到关于脆性因子的系统脆性风险函数。

三、结束语

本文在研究煤矿瓦斯系统的脆性风险的基础上,利用某一个具体煤矿瓦斯系统的系统脆性指标参数,采用基于最大熵准则的煤矿瓦斯脆性风险分析模型,对煤矿瓦斯系统进行脆性评估。由此得到脆性风险指标的最大熵函数具体数学表达式,为对脆性指标的进一步深入分析和脆性风险决策研究奠定了良好的基础,取得了比较满意的结果,说明了该方法在煤矿瓦斯系统脆性分析中是合理的、有效的。脆性风险指标和脆性风险因子的关系式在很大程度上决定了最大熵密度函数的精确度和有效性,因此,应用最大熵模型对煤矿瓦斯系统进行脆性风险分析时,重点要研究脆性因子的作用机理,确定出脆性风险指标与个脆性风险因子的具体关系表达式。本文由于篇幅有限具体的实例验证没有列出。

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[7]韦琦.复杂系统脆性理论及其在危机分析中的应用[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2004

作者：玉　铁　赵金宪　郭延燕