劉凱旋 李向陽 余修武 蔣復(fù)量

(南華大學(xué)環(huán)境保護(hù)與安全工程學(xué)院)

鈾礦山在開采過程中離不開采掘、運(yùn)輸、提升、通風(fēng)、排水、破碎、選礦以及變配電等各種機(jī)電裝置［1］。機(jī)電系統(tǒng)在給鈾礦山的生產(chǎn)帶來了便利的同時(shí)，也會(huì)因?yàn)榫S修或者使用不當(dāng)而造成毀壞，從而影響礦山的安全生產(chǎn)，甚至還會(huì)誘發(fā)機(jī)電傷亡事故。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010—2014年，鈾礦山井下死亡事故38起，傷亡40人，其中45% ～50%的死亡事故都是由機(jī)械電氣事故直接或間接導(dǎo)致的，由此充分說明了機(jī)電事故的嚴(yán)重危害性，迫切需要安全生產(chǎn)管理部門對(duì)鈾礦山礦井的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，確定其安全狀況，以便采取對(duì)應(yīng)的安全防范措施，保障鈾礦山生產(chǎn)安全［2-4］。

目前，安全評(píng)價(jià)的方法主要有:專家評(píng)價(jià)方法、運(yùn)籌學(xué)方法(模糊綜合評(píng)判法、層次分析法(AHP)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論評(píng)判法等［5］，每一種方法都有其特點(diǎn)及使用范圍。在進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)時(shí)，適合采用運(yùn)籌學(xué)方法(層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法)，模糊綜合評(píng)判法中通常由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出權(quán)重系數(shù)，且評(píng)語具有一定的模糊性，難免帶有個(gè)人主觀因素;層次分析法(AHP)則是定性與定量相結(jié)合，盡量消除個(gè)人主觀因素所帶來的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理可信［6-8］。

結(jié)合上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，本文首先運(yùn)用層次分析法引入合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立合理的多層次評(píng)價(jià)體系，確定各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù);再利用模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)鈾礦山機(jī)電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

1.1 確定AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)因素集

因素集即影響被評(píng)價(jià)對(duì)象的各因素集合，即U=(U1，U2，…，Un)，將 U 分 為 n 組，使且Ui∩Uj= ?(i≠j)，則稱 U=(U1，U2，…，Un)為一級(jí)指標(biāo)。同理，Ui=(Ui1，Ui2，…，Uik)，稱為二級(jí)指標(biāo)。

1.2 建立AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集即以評(píng)價(jià)者對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象給出的各種綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為元素的集合。設(shè)評(píng)價(jià)集V=(V1，V2，…，Vt)，Vi(i=1，2，…，t)為第 i種評(píng)價(jià)結(jié)果，且評(píng)價(jià)集應(yīng)是V上的一個(gè)模糊子集［9］。

1.3 建立各因素的評(píng)價(jià)矩陣

構(gòu)建了評(píng)價(jià)集后，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象逐一在每個(gè)子因素上數(shù)量化，即確定從單個(gè)因素來看被評(píng)對(duì)象對(duì)綜合評(píng)價(jià)集的隸屬度，從而得到關(guān)系矩陣R:

式中，rij為某個(gè)被評(píng)對(duì)象從Ui來看對(duì)Vj模糊子集的隸屬度，一般將其歸一化，使之滿足Σrij=1。

1.4 確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

運(yùn)用層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，即通過各級(jí)因素間相互比較得到其重要程度，再運(yùn)用九級(jí)標(biāo)度法得權(quán)重判斷矩陣A，經(jīng)歸一化處理得到權(quán)重集W。根據(jù)AW=λmaxW算出最大特征值和特征向量，并做一致性檢驗(yàn)，若CR＜0.1則可以接受，否則對(duì)A進(jìn)行修正。

1.5 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù) Bi=Ai?Ri(i=1，2，…，n)求出各子目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)向量Bi，形成子目標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣B=(B1，B2，…，Bn)T，求得總目標(biāo)評(píng)價(jià)向量C=A?B。其中“?”為綜合評(píng)價(jià)合成算子。

1.6 評(píng)價(jià)結(jié)果處理

由上給出評(píng)價(jià)結(jié)果C后，再運(yùn)用最大隸屬度原則得出確定的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

礦井機(jī)電系統(tǒng)安全性綜合評(píng)價(jià)的最大障礙就是評(píng)價(jià)指標(biāo)的多樣性。評(píng)價(jià)指標(biāo)中有定量指標(biāo)和定性指標(biāo)，難以區(qū)分優(yōu)劣。為此，本著“系統(tǒng)安全，層次分明，科學(xué)合理”的原則，在對(duì)多座鈾礦井機(jī)電系統(tǒng)調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，確定以鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全為目標(biāo)層，影響機(jī)電系統(tǒng)安全的一級(jí)指標(biāo)有4個(gè)，各一級(jí)指標(biāo)下又包含多個(gè)二級(jí)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1。

圖1 鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)體系

3 鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

結(jié)果如表1。

某鈾礦井籌建于1969年，位于湖南省內(nèi)。在建礦以來的40多a里，井下死亡58人，其中機(jī)電事故造成死亡人數(shù)占34%。因此，需對(duì)該鈾礦山的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。

表 1 ui對(duì) U 的判斷矩陣(i=1、2、3、4)

3.1 確定各層因素的權(quán)重分配集

按照?qǐng)D1鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)體系，利用MATLAB軟件確定各層因素的權(quán)重，再計(jì)算判斷矩陣的特征值與特征向量，并檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。

λmax=4.0457，CI=0.0152，RI=0.89，CR=0.0171 ＜0.1，滿足一致性檢驗(yàn)。

A=(0.4287，0.1472，0.2304，0.1937)，其中A為u1，u2，u3，u44個(gè)因素對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重分配集。

同理可得 uij對(duì) ui的權(quán)重分配集 A1，A2，A3，A4，經(jīng)整理可以得到鈾礦機(jī)電系統(tǒng)指標(biāo)體系的各指標(biāo)權(quán)重，見表2。

表2 各指標(biāo)權(quán)重

3.2 建立各子因素的評(píng)價(jià)矩陣

通過對(duì)鈾礦山的調(diào)查研究，可以將綜合指標(biāo)劃分為5個(gè)級(jí)別:V={安全，較安全，一般，危險(xiǎn)，極度危險(xiǎn)};再咨詢10位長期從事鈾礦山安全生產(chǎn)工作的專家，讓10位專家對(duì)該鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)估。運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)專家給出的評(píng)判結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最形成了各子因素的評(píng)價(jià)矩陣。例如專家在對(duì)u11評(píng)價(jià)時(shí)，1人認(rèn)為較安全，4人認(rèn)為一般，3人認(rèn)為危險(xiǎn)，2人認(rèn)為極度危險(xiǎn)，沒有人認(rèn)為安全。則u11的模糊評(píng)價(jià)向量是(0.0，0.1，0.4，0.3，0.2)。

因此得到機(jī)電設(shè)備中各子因素的評(píng)價(jià)矩陣R1:

同樣可得設(shè)備管理中各子因素的評(píng)價(jià)矩證R2:

運(yùn)行環(huán)境中各子因素的評(píng)價(jià)矩陣R3:

維護(hù)措施中各子因素的評(píng)價(jià)矩陣R4:

3.3 建立各因素的綜合評(píng)價(jià)矩陣

將 Ai與 Ri(i=1，2，3，4)運(yùn)用合成子運(yùn)算，可以得到第2級(jí)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果Bi。則機(jī)電設(shè)備的評(píng)價(jià)結(jié)果:B1=A1?R1=(0.216，0.2697，0.2667，0.1646，0.0830);設(shè)備管理的評(píng)價(jià)結(jié)果:B2=A2?R2=(0.2936，0.2742，0.2059，0.1887，0.0376);運(yùn)行環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果:B3=A3?R3=(0.1615，0.2870，0.3094，0.1916，0.0505);維護(hù)措施的評(píng)價(jià)結(jié)果:B4=A4?R4=(0.2081，0.2170，0.3605，0.1339，0.0805)。

由此可以得出總的評(píng)價(jià)矩陣:

運(yùn)用此模型進(jìn)行測定，再通過最大隸屬度原則，可知機(jī)電設(shè)備對(duì)機(jī)電系統(tǒng)安全性影響水平處于第2等級(jí)(較安全)水平，有向第3等級(jí)(一般)水平發(fā)展的趨勢(shì);設(shè)備管理則處于第1等級(jí)(安全)水平，但有向第2等級(jí)(較安全)水平發(fā)展的趨勢(shì);運(yùn)行環(huán)境和維護(hù)措施同處于第3等級(jí)(一般)水平，均有向第2等級(jí)(較安全)水平發(fā)展的趨勢(shì)。

3.4 建立鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)矩陣

鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)矩陣C=A?B。經(jīng)計(jì)算:C=A ?B=A ?(B1，B2，B3，B4)T=(0.2133，0.2641，0.2858，0.1685，0.0683)。

3.5 確定機(jī)電系統(tǒng)的安全等級(jí)

對(duì)每一等級(jí)按照百分制打分(如表3)，可求出機(jī)電系統(tǒng)的總得分S。則S=CF=65.784(F為相應(yīng)因素對(duì)應(yīng)的分級(jí))。

表3 安全級(jí)別評(píng)價(jià)

由機(jī)電系統(tǒng)的總得分，對(duì)照安全等級(jí)評(píng)價(jià)表(見表4)，確定該鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的安全等級(jí)。

表4 安全等級(jí)評(píng)價(jià)

總體來看，此鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的安全等級(jí)屬于“良好”，若不注意，情況將會(huì)惡化。這也與該礦的實(shí)際情況相符。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，該鈾礦應(yīng)重點(diǎn)改善機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，加強(qiáng)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)，提升鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以保障安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

(2)將模糊數(shù)學(xué)和層次分析法結(jié)合起來用于鈾礦機(jī)電系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)，綜合考慮各項(xiàng)影響因素，結(jié)果簡單明了。并將影響因素進(jìn)行定量定性化處理，減少了人主觀方面的影響，得出的評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)合理，為鈾礦機(jī)電系統(tǒng)的評(píng)價(jià)提供了一種新的手段。

(3)目前AHP-模糊綜合評(píng)判法在鈾礦機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用尚屬于探索階段，很多問題還有待發(fā)現(xiàn)和解決，如評(píng)價(jià)體系中各評(píng)價(jià)內(nèi)容較難全面確定，權(quán)向量和隸屬度的確定等都需進(jìn)一步探討。

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