控制图在工作面瓦斯治理措施有效性评价中的应用

　　摘要：为了评价工作面瓦斯治理技术措施的有效性，采用控制图的方法，统计分析采用瓦斯治理技术措施后工作面瓦斯浓度分布规律，得出工作面安全生产条件下瓦斯浓度的控制上下限，确保了工作面的生产安全。研究成果对高瓦斯矿井安全生产具有重要的指导意义。

　　关键词：控制图；瓦斯；治理措施；有效性

　　平顶山煤业集团新峰矿务局四矿12160工作面二，煤层煤层均厚4.6m，硬度系数为0.15，煤层松软，易片帮。煤层顶板不稳定，大部分地段有伪顶，岩性为松软的炭质泥岩、页岩，直接顶为大占砂岩岩性为中粗粒石英砂岩，易冒落。煤层底板多为砂质泥岩，粉砂岩和泥岩，间接底板大部分有一层细砂岩，岩性较软，抗压强度低，为典型“三软”不稳定煤层。

　　针对“三软”不稳定煤层赋存不稳定的地质特征，以及开采过程中煤层的瓦斯储集及运移规律制定了“U型通风＋辅助措施”为主，局部异常区域以及采掘强度加大时，采用“U型通风＋高位钻孔抽放”的措施治理工作面。但是对于何时选择何种措施并没有给出定量指标，现场实际工作中难以控制。为了解决上述问题，笔者根据工作面瓦斯涌出量的特点，利用控制图原理，提出了工作面瓦斯治理技术措施的评价标准，以便确保矿井的安全生产。研究结果对高瓦斯矿井安全生产具有十分重要的意义。

　　1 控制图原理简介

　　控制图是一个简单的过程控制系统，其作用是利用控制图所提供的信息，把一个过程维持在受控状态，一旦发现异常波动，就分析出现异常的原因，采取措施予以消除，把一个过程从失控状态变为受控状态，以保持系统的稳定。

　　控制图通过对过程特性值进行测定、记录、评估，从而监察过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。图上有中心线(CL)、上控制限(UCL)和下控制限(LCL)，并有按时闻顺序抽取的样本统计量数值的描点序列，UCL、CL与LCL统称为控制线。若控制图中的描点落在UCL与LCL之外或描点在UCL与LCL之间的排列不随机，则表明过程异常。控制图有一个很大的优点，即通过将图中的点子与相应的控制界限相比较，可以具体看出过程的动态变化情况。

　　应用控制图对生产过程进行监控，如出现的上升倾向，显然过程有问题，故异因刚一露头，即可发现，于是可及时采取措施加以消除，这一点有利于贯彻事故预防原则。因此，控制图被广泛应用于安全生产管理。目前，主要应用事故控制图进行伤亡事故管理，事故控制图的特点是可明确事故管理目标，便于掌握事故发展趋势和对事故进行动态管理。

　　2 技术措施有效性评价

　　煤矿安全生产过程中，瓦斯超限就是事故，瓦斯浓度的高低反映了工作面的安全状态。在回采过程中，瓦斯浓度随着工作面的推进是动态变化的，根据工作面一段时期的瓦斯浓度统计，可以做出工作面瓦斯浓度的控制图，通过对控制图进行分析，可以反映出工作面瓦斯是否处于控制状态，一旦出现异常就可以采取相应的瓦斯治理措施进行处理，确保工作面生产安全高效的进行。

　　目前，新峰四矿12160工作面采用的瓦斯治理措施为“U型通风＋辅助措施”，治理技术措施的有效性通过工作面的瓦斯浓度可以充分反映出来。工作面和回风瓦斯浓度受到风量变化、煤厚变化、生产强度等诸多偶然和系统因素的影响，因此，工作面和回风瓦斯浓度是一个随机变量，同理工作面和回风瓦斯平均浓度也是一个随机变量。工作面和回风瓦斯平均浓度更能反映出工作面的现有瓦斯治理措施是否满足安全生产的需要，因此，选择工作面和回风每天的瓦斯平均浓度进行统计分析。

　　2.1 控制界限的确定

　　当生产过程中只有偶然原因起作用时，检测出的数据的分布服从正态分布规律。根据正态分布的性质，检测出的数据落在±3σ范围内的概率约为99.7%；落在±3σ以外的概率只有0.3%，这是一个小概率。按照小概率事件原理，在一次实践中超出±3σ的范围的小概率事件几乎是不会发生的，如果发生了，则说明生产过程中一定有系统原因在起作用。故用3σ方法确定控制图的控制界限线是最经济合理的方法。另外，由于工作面瓦斯治理工作的特殊性，在瓦斯控制图中，下控制线也可不作出，因为瓦斯浓度越低越好，而且控制图中上控制线还应符合《规程》中的要求，本例中工作面以及回风瓦斯浓度上控制线眦值不应超过1%。

　　若一点(某一天工作面或回风瓦斯平均浓度)在上控制界限以上时，表明该点是处于异常。控制图中的点落在控制界限内而又无倾向性，则表明瓦斯处于正常，如果点越过了界限且有倾向性的变化，则说明工作面瓦斯存在着异常变化，需立即查明原因，一旦确定是由于系统原因导致的，则应考虑改变瓦斯治理措施。

　　2.2 瓦斯浓度x控制图

　　根据控制图原理，统计分析了12160工作面现有治理措施下，从2006年1一11月共334 d的工作面瓦斯浓度及回风瓦斯浓度的数据。所取样本共334个，样本容量足够大，符合正态分布。

　　2.2.l 工作面瓦斯平均浓度拉制囤各数值计算

　　设工作面瓦斯平均浓度为X，则X服从正态分布

 

　　 (1)工作面瓦斯平均浓度(%)平均值。

 

　　   (2)工作面瓦斯平均浓度标准差。

 

　　 (3)工作面瓦斯平均浓度(%)控制上限。

 

　　计算UCL值<1%，因此以计算值为控制上限。

　　(4)工作面瓦斯平均浓度(%)控制下限。

 

　　工作面瓦斯每天平均浓度控制图如图1所示。

 

　　图1 工作面瓦斯每天平均浓度控制图

　　2.2.2 回风瓦斯每天平均浓度控制图各数值计算

　　设回风瓦斯平均浓度为Y，则Y服从正态分布

 

　　 (1)回风瓦斯平均浓度(%)平均值。

 

　　(2)回风瓦斯平均浓度标准差。

 

　　(3)回风瓦斯平均浓度(%)控制上限。

 

　　计算UCL值小于1%，因此以计算值为控制上限。

　　(4)回风瓦斯平均浓度(%)控制下限。

　　回风瓦斯每天平均浓度控制图如图2所示。

 

　　图2 回风瓦斯每天平均浓度控制图

　　2.3 技术措施评价

　　根据控制图原理，目前工作面瓦斯或回风瓦斯均在受控状态，说明目前工作面采用“U型通风＋辅助措施”治理工作面瓦斯满足安全生产要求。但在生产过程中如果出现超过控制图中UCL线的情况出现，说明生产中瓦斯处于非控制状态，应该立即检查生产系统，分析原因，如果是由于进入局部异常区域以及采掘强度加大，采取“U型通风＋辅助措施”治理工作面瓦斯不能满足安全生产要求，那么就采取“U型通风＋高位钻孔抽放”治理工作面瓦斯。

　　3 结论

　　采用控制图的方法，对在现有工作面瓦斯治理措施下瓦斯浓度一段时期内的统计值进行统计分析，得出了工作面瓦斯在现有治理措施下的控制上限(UCL)，根据控制图原理，目前工作面瓦斯或回风瓦斯均在受控状态，说明目前工作面采用“U型通风＋辅助措施”治理工作面瓦斯满足安全生产要求。生产过程中。通过对工作面和回风瓦斯浓度监测，即可实现对工作面现有治理措施有效性进行检验。为了评价工作面瓦斯治理措施的有效性提供了依据，确保了工作面生产安全高效的进行。