國投哈密能源開發(fā)有限責(zé)任公司 李 健

基于層級分析法的煤礦液壓支架安全評價

國投哈密能源開發(fā)有限責(zé)任公司 李 健

本文以煤礦液壓支架的安全評價為研究目標，分析了液壓支架的構(gòu)造特點和常見故障，通過分析影響液壓支架因素的分析，利用層次分析法來對整個煤礦的液壓支架系統(tǒng)的安全狀況進行綜合評價。這種方法可以綜合各類因素，是一種較為理想的安全狀況綜合評價方法。

煤礦；液壓支架；層次分析法；安全評價

1.引言

液壓支架是煤礦生產(chǎn)中的重要中的重要機械部件。在煤礦的機械化生產(chǎn)中具有重要的作用，一旦發(fā)生安全事故，將造成嚴重的后果。在當前的煤礦液壓支架的運行和維護中，一般是在使用前進行安全檢查，然后投入使用。但實際上多數(shù)的煤礦安全事故不但和機械設(shè)備有關(guān)系，還和操作人員有直接關(guān)系，因此要考察某類生產(chǎn)設(shè)備的安全狀況，就應(yīng)當從多方面來進行綜合考察，如果缺乏對某類生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)安全評估，將只能被動的對機械設(shè)備進行安全防護，而不能主動的預(yù)防安全事故。本文將以煤礦液壓支架的安全為研究對象，分析液壓支架的特性和主要的控制指標，從系統(tǒng)分析的角度論述煤礦液壓支架安全評估方法。

2.煤礦液壓支架的構(gòu)造特點及常見故障類型分析

煤礦液壓支架主要是由液壓控制系統(tǒng)和金屬結(jié)構(gòu)件組成，其中液壓控制系統(tǒng)又是由液壓部件和控制元部件組成。液壓支架的主要動力來自于液壓油缸，是保障液壓支架正常工作（如立柱，各類千斤頂?shù)龋┑闹匾ＷC。其中液壓控制系統(tǒng)的控制元部件主要有液壓系統(tǒng)操縱閥、安全閥、單向閥等各類閥以及其他控制元件。而金屬結(jié)構(gòu)件的主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷，包括各類梁、連桿、底座等，以及其他輔助裝置（如推移、伸縮、連接件等）。

由于液壓支架系統(tǒng)的組成部件眾多，因此可能發(fā)生故障的部位也較多，但從實踐經(jīng)驗來看，液壓支架的故障主要有以下三大類：結(jié)構(gòu)件故障、液壓系統(tǒng)故障和乳化液泵故障。各類故障的主要子類別概括如下：

①結(jié)構(gòu)件故障：結(jié)構(gòu)件故障主要包括底座故障、頂梁故障、連桿故障等；②液壓系統(tǒng)故障：液壓系統(tǒng)故障主要包括千斤頂故障(漏液、變形、供液管道故障等)、立柱故障(變形、操作把手故障等)、閥類故障(操縱閥故障、控制閥故障和安全閥故障等)；③乳化液泵故障：乳化液泵故障主要包括泵壓不足和乳化液污染等。

除了上述的液壓支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的常見故障類型外，工作人員的操作失誤也是導(dǎo)致故障或事故的重要因素，因此在對液壓支架系統(tǒng)進行安全評價時需要從人員和機械兩個大的方面來綜合評價。接下來將在對各類主要故障因素分析基礎(chǔ)上，通過建立綜合評價方法來實現(xiàn)對既定液壓支架系統(tǒng)的安全評價。

3.液壓支架系統(tǒng)安全影響因素綜合評價的指標選擇

由前文液壓支架系統(tǒng)的常見故障類型分析可見，要完成液壓支架系統(tǒng)安全評價所涉及的因素是很多的，因此需要從系統(tǒng)分析的角度才能完成綜合評價。在綜合考慮了系統(tǒng)因素和人為因素后，可進一步結(jié)合支架系統(tǒng)所在環(huán)境以及管理制度等，進而可形成四類基本的評價因素：｛操作人員因素、液壓支架系統(tǒng)因素、液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素、管理制度因素｝。以上四類的因素又可進一步細分為：①操作人員因素：操作人員因素包括操作人員的知識水平(資質(zhì)、理論知識、實踐經(jīng)驗、熟練程度)；②液壓支架因素：液壓支架系統(tǒng)因素包括前文分析的主要故障類型，不再贅述；③液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素：液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素有兩大類，地質(zhì)因素(開采深度、煤層厚度、煤層傾角、頂板情況)和環(huán)境因素(粉塵含量、瓦斯含量、溫度)；④管理制度因素：管理制度因素包括操作檔案(安全操作手冊、操作人員交接班記錄)、維護保養(yǎng)(支架安全檢查記錄、支架維護保養(yǎng)手冊、維護保養(yǎng)人員資質(zhì))、支架的安裝拆卸(安裝拆卸方案、安裝拆卸人員)。

4.綜合評價體系

上節(jié)中羅列的液壓支架系統(tǒng)的安全影響因素較多，因此需要選用一種合適的綜合評價方法才能完成對各類影響因素的綜合評定。本文中選用層次分析法來完成對上述各類影響因素的綜合評定（層次分析法的具體操作步驟可參照有關(guān)文獻）。按照層次分析法來對煤礦液壓支架系統(tǒng)的綜合評定的步驟為：①構(gòu)建層析分析模型：依據(jù)前文所分析的液壓支架系統(tǒng)的安全影響因素的基本層次，每個層次的隸屬關(guān)系為單向(括號中的為各級子指標)，可繪制各因素的層次關(guān)系(圖略)。②判斷矩陣的構(gòu)造：依據(jù)層次分析法的基本原理，層次分析模型從最高層到低層的元素逐步增多(不減)，各個層級之間的影響因素相互重要性不同，通過這些影響重要性的量化，并以統(tǒng)一標度數(shù)值來表示，從而可以構(gòu)建二元比較矩陣，從總目標層開始，依次以上一層元素作為判斷準則，對下一層包含的元素建立判斷矩陣。在得到判斷矩陣后，還需要進行必要的一致性檢驗，知道判斷矩陣中的元素都滿足一致性要求為止，判斷矩陣如表1所示，其中B1，B2，B3，B4分別為操作人員因素、液壓支架因素、液壓支架工作環(huán)境因素和管理體制因素。③確定評價指標的權(quán)重：由表1結(jié)果可計算該矩陣的最大特征值和相應(yīng)的特征向量，以及各影響因素之間的權(quán)重系數(shù)(計算過程從略)，其結(jié)果為：判斷特征特征向量(0.1362，0.8881，0.2239，0.3777)，各個因素的權(quán)重為(B1，B2，B3，B4)=(0.3126/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，0.8881/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，.0.2 239/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，0.3777/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)）=(0.084，0.5046，0.138，0..232)。判斷矩陣最大特征值4.05，一致性檢驗結(jié)果為(4.05-4)/3=0.017，一致性標準查表為0.9，可得一致性比例為0.017/0.9=0.018<0.1，故構(gòu)造的判斷矩陣滿足層次分析法的基本要求。在此基礎(chǔ)上可對其他各子層次的影響因素權(quán)重進行賦值(計算結(jié)果從略)。④隸屬度量化：該步驟是完成各子因素對上一級指標的隸屬程度，是進行層析分析計算的必要步驟，限于篇幅，這里只給出操作人員因素中操作人員的知識水平(資質(zhì)、理論知識、實踐經(jīng)驗、熟練程度)的權(quán)重賦值結(jié)果：(資質(zhì)、理論知識、實踐經(jīng)驗、熟練程度)=(0.096，0.467，0.277，0.16)。⑤安全等級賦值：給定評價系統(tǒng)的安全等級標準，在參照類似工程的經(jīng)驗后，很危險、危險、較安全、很安全四個安全等級，各個安全等級的相對指數(shù)賦值為：(很危險、危險、較安全、很安全)=(0.1，0.3，0.6，0.9)。

表1 層次分析法判斷矩陣

5.算例

本文以某煤礦的液壓支架系統(tǒng)為例，按照上述方法進行了計算，得到的綜合評價結(jié)果為：

B1=0.7447，即液壓設(shè)備的操作人員因素較為理想，B2=0.6，表明液壓支架本身的安全狀態(tài)，較為可靠，B3=0.4115，表明液壓支架的工作環(huán)境還需要進一步提高，B4=0.7457，表明液壓支架的管理體系較好，整個煤礦液壓支架的整體安全評價結(jié)果為：

(0.084，0.546，0.138，0.232)×(0.7447，0.6.，04115.，07457)T=0.6199，故整個煤礦的液壓支架系統(tǒng)的安全狀況安全。

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