靖培星，盧明銀，鞏維才，汪偉忠

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.安徽科技學(xué)院管理學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100)

基于區(qū)間直覺(jué)模糊熵和變權(quán)理論的井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)

靖培星1，盧明銀2，鞏維才1，汪偉忠3

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.安徽科技學(xué)院管理學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100)

井工煤礦在煤炭資源開(kāi)采中占有重要地位，建設(shè)發(fā)展綠色礦山是其未來(lái)要達(dá)到的基本要求。如何科學(xué)評(píng)價(jià)現(xiàn)有井工煤礦的綠色化水平是建設(shè)綠色礦山的關(guān)鍵問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中，科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重分配至關(guān)重要。為了科學(xué)的分配權(quán)重，本文引用區(qū)間直覺(jué)模糊集和模糊熵，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的區(qū)間評(píng)判進(jìn)行了精確化，更符合實(shí)際情況；同時(shí)引入變權(quán)理論確定最終權(quán)重，突出薄弱環(huán)節(jié)的制約作用，引導(dǎo)井工煤礦在綠色礦山建設(shè)上均衡發(fā)展，確定最終綠色礦山水平。最后通過(guò)算例驗(yàn)證了其有效性，并對(duì)其未來(lái)建設(shè)綠色礦山提出了建設(shè)性意見(jiàn)。

井工煤礦；綠色礦山；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；區(qū)間直覺(jué)模糊熵；變權(quán)理論；灰色聚類(lèi)

在我國(guó)井工煤礦開(kāi)采量占煤礦開(kāi)采總量的90%左右，在煤炭資源利用中具有重要的地位，但在綠色礦山建設(shè)中，井工煤礦所占的比例偏低，在以后綠色礦山評(píng)選中加大井工煤礦所占比重是必然趨勢(shì)。所以，建立科學(xué)合理的井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)井工煤礦綠色礦山建設(shè)水平進(jìn)行科學(xué)評(píng)定具有重要的意義[1]。

黃敬軍等[2]從6個(gè)方面用36個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)綠色礦山進(jìn)行了評(píng)價(jià)；張德明等[3]從RESE四個(gè)體系，對(duì)綠色礦山進(jìn)行了分析研究；信春華等[4]從井工礦井建設(shè)的全生命周期出發(fā)研究不同階段綠色礦山建設(shè)的重點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)。閆志剛等[5]從礦山建設(shè)生命周期中污染源辨識(shí)入手，構(gòu)建了適合我國(guó)現(xiàn)狀的綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)。宋海彬[6]在綠色礦山評(píng)價(jià)中納入了財(cái)務(wù)指標(biāo)、創(chuàng)新指標(biāo)，注重了礦山的可持續(xù)發(fā)展能力等。同時(shí)，國(guó)內(nèi)很多礦井也進(jìn)行了綠色礦山建設(shè)的試點(diǎn)工作，在一定方面取得了突出的成績(jī)[7]。但綠色礦山評(píng)價(jià)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過(guò)于寬泛，沒(méi)有考慮不同礦山之間的生產(chǎn)技術(shù)差異，同時(shí)，主觀因素占比大，量化不足，可操作性不強(qiáng)；在權(quán)重分配上沒(méi)有考慮專(zhuān)家評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性和指標(biāo)得分的差異程度，評(píng)價(jià)結(jié)果偏主觀片面。本文構(gòu)建適用于井工煤礦的綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入?yún)^(qū)間直覺(jué)模糊集，根據(jù)指標(biāo)體系的離散程度，運(yùn)用變權(quán)理論對(duì)已分配的權(quán)重進(jìn)行修正，力求評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀。

1 井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文以2010年國(guó)土資源部出臺(tái)《國(guó)家級(jí)綠色礦山建設(shè)基本條件》框架為基礎(chǔ)，綜合國(guó)內(nèi)學(xué)者研究動(dòng)態(tài)，同時(shí)考慮井工煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)特點(diǎn)，以基本條件、規(guī)范管理、資源綜合利用與節(jié)能減排、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾、企業(yè)文化與社區(qū)和諧六個(gè)方面為準(zhǔn)則層構(gòu)建井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)體系，其中基本條件為綠色礦山建設(shè)的前提條件，具有一票否決權(quán)，不參與權(quán)重分配；各準(zhǔn)則層包含具體評(píng)價(jià)指標(biāo)。構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。

圖1 井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 基本條件(B1)

基本條件是評(píng)價(jià)該礦山能否參與評(píng)價(jià)綠色礦山建設(shè)的門(mén)檻性指標(biāo)，具有一票否決的權(quán)力，只有在完全符合或高于制定標(biāo)準(zhǔn)才可以參與井工煤礦的綠色礦山建設(shè)評(píng)價(jià)。具體指標(biāo)：C11，證照齊全，依法經(jīng)營(yíng)開(kāi)采；C12，三年內(nèi)未發(fā)生重大安全事故，未受行政處罰；C13，符合開(kāi)采規(guī)模和設(shè)計(jì)年限；C14，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整鼓勵(lì)、限制、淘汰技術(shù)目錄的要求。

1.2 規(guī)范管理(B2)

規(guī)范管理是保證井工煤礦企業(yè)正常有序運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，在資源開(kāi)發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、土地復(fù)墾、生態(tài)重建、安全生產(chǎn)和日常生產(chǎn)等方面的制度是否完善及制度的實(shí)施程度，直接關(guān)系到工作能否順利進(jìn)行。具體指標(biāo)：C21，各項(xiàng)規(guī)劃健全實(shí)施度；C22，管理規(guī)章制度完善度；C23，監(jiān)督審核制度實(shí)施情況；C24，組織結(jié)構(gòu)合理度；C25，礦山安全標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建和實(shí)施程度；C26，管理科學(xué)化和礦山數(shù)字化程度。

1.3 資源利用與節(jié)能減排(B3)

在井工煤礦綠色礦山建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該最大程度地利用礦產(chǎn)資源、降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗及其他消耗、最大程度提高礦產(chǎn)伴生資源的利用率。結(jié)合井工煤礦的生產(chǎn)特點(diǎn)，主要指標(biāo)：C31，開(kāi)采回采率；C32，原煤入選率；C33，年抽采瓦斯利用率；C34，噸煤電耗；C35，噸煤水耗；C36，煤矸石等尾礦、低品味礦利用率；C37，礦井水利用率；C38，萬(wàn)噸煤坑木消耗。

1.4 技術(shù)創(chuàng)新(B4)

技術(shù)創(chuàng)新是更新生產(chǎn)工藝，提升生產(chǎn)效率的重要途徑，只有不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，才能不斷進(jìn)步。結(jié)合井工煤礦的生產(chǎn)實(shí)際，選取綜合機(jī)械化采煤程度、綜合機(jī)械化掘進(jìn)程度兩個(gè)指標(biāo)代表井工煤礦的技術(shù)裝備率。具體指標(biāo)：C41，綜合機(jī)械化采煤程度；C42，綜合機(jī)械化掘進(jìn)程度；C43，開(kāi)采作業(yè)科技水平；C44，技術(shù)創(chuàng)新投入比重；C45，技術(shù)人員比重；C46，綠色技術(shù)投入比重。

1.5 環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾(B5)

環(huán)境保護(hù)程度與生態(tài)恢復(fù)程度是實(shí)施綠色礦山的重要內(nèi)容。根據(jù)井工煤礦的主要污染類(lèi)型，選取典型指標(biāo)對(duì)污染情況進(jìn)行描述；由于井工煤礦地下開(kāi)采，易造成土地塌陷，對(duì)生態(tài)造成破壞，選取塌陷區(qū)土地復(fù)墾率指標(biāo)、地質(zhì)災(zāi)害治理率指標(biāo)，描述礦山對(duì)生態(tài)恢復(fù)做出的努力程度。具體指標(biāo)：C51，環(huán)境保護(hù)“三同時(shí)”制度執(zhí)行情況；C52，儲(chǔ)煤場(chǎng)粉塵指標(biāo)；C53，廢水排放達(dá)標(biāo)率；C54，采煤煤矸石產(chǎn)生量；C55，噪聲排放指標(biāo)；C56，礦區(qū)綠化覆蓋率；C57，塌陷土地復(fù)墾率；C58，地質(zhì)災(zāi)害治理率；C59，有完備的閉坑后礦地利用方案，預(yù)設(shè)閉坑后礦地功能。

1.6 企業(yè)文化與社區(qū)和諧(B6)

良好的企業(yè)文化體現(xiàn)了一個(gè)企業(yè)的凝聚力，社區(qū)和諧穩(wěn)定是企業(yè)更好生產(chǎn)的社會(huì)環(huán)境。結(jié)合企業(yè)文化建設(shè)的主要內(nèi)容、煤礦企業(yè)對(duì)周邊社區(qū)的投入情況和社區(qū)對(duì)企業(yè)的支持情況設(shè)計(jì)指標(biāo)。具體指標(biāo)：C61，職工生活水平滿意度；C62，職工平均受教育年數(shù)；C63，職工對(duì)企業(yè)文化的認(rèn)同度；C64，企業(yè)推行企業(yè)文化的力度和成效；C65，社區(qū)公眾對(duì)企業(yè)的滿意度；C66，公益事業(yè)投入比重；C67，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善度。

2 綠色礦山的灰色變權(quán)聚類(lèi)模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)灰類(lèi)閾值及隸屬度的確定

參照《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)—煤炭采選業(yè)》、《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范(試行)》、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫行)》、煤炭行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)、煤炭行業(yè)“十二五”規(guī)劃及國(guó)內(nèi)外研究把井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)體系中各個(gè)指標(biāo)劃分為四個(gè)等級(jí)，即將井工煤礦綠色礦山水平分為“低”、“中”、“較高”、“高”四個(gè)水平，主觀定性指標(biāo)結(jié)合專(zhuān)家打分適當(dāng)給出灰類(lèi)閾值[8-9]。依法辦礦中評(píng)價(jià)指標(biāo)不參與權(quán)重的分配和閾值賦值。

利用中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的隸屬度確定方法和步驟[9]，確定各指標(biāo)在不同灰類(lèi)上的隸屬度分配。

2.2 基于區(qū)間直覺(jué)模糊熵的權(quán)重確定

直覺(jué)模糊集，不止定義了某指標(biāo)的隸屬度，同時(shí)考慮其非隸屬程度，能較全面的表達(dá)信息的完整性，在不確定信息領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，由Atanassov和Gargov提出了區(qū)間直覺(jué)模糊集的概念[10-11]。

3)定義3[13]。定義式(1)為區(qū)間直覺(jué)模糊集A的模糊熵。

(1)

在決策過(guò)程中，設(shè)專(zhuān)家集為C={C1，C2，…Cm}，評(píng)價(jià)指標(biāo)集為A={A1，A2，…An}，專(zhuān)家Ci(i=1，2，…m)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)Aj(j=1，2，…n)的評(píng)價(jià)為區(qū)間直覺(jué)模糊集形式，根據(jù)式(1)可得到相應(yīng)模糊熵。為盡可能的減少不確定信息造成的影響，可以構(gòu)建以下非線性規(guī)劃模型。

(2)

對(duì)上述模型建立拉格朗日方程，分別對(duì)ωj和λ求導(dǎo)，見(jiàn)式(3)。

(3)

解方程并進(jìn)行權(quán)重歸一化，得相應(yīng)熵權(quán)值，見(jiàn)式(4)。

(4)

2.3 權(quán)重變權(quán)

(5)

式中：α是變權(quán)參數(shù)。在α實(shí)際選值時(shí)，若α>1/2，變權(quán)效果不明顯；0<α<1/2時(shí)變權(quán)效果明顯，且α取值越小，對(duì)缺陷的容忍程度越小。一般評(píng)價(jià)過(guò)程中，α取值為1/2。

2.4 井工煤礦綠色礦山的灰色聚類(lèi)模型

(5)

3 算 例

3.1 算例計(jì)算過(guò)程

取河南某井工煤礦為例說(shuō)明方法的有效性和客觀性。各指標(biāo)分類(lèi)的灰類(lèi)閾值和實(shí)際值見(jiàn)表1。

表1 河南某井工煤礦綠色礦山指標(biāo)數(shù)據(jù)及處理

以準(zhǔn)則層為例說(shuō)明權(quán)重確定的計(jì)算過(guò)程。設(shè)5位專(zhuān)家對(duì)準(zhǔn)則層的重要度評(píng)價(jià)集合為M，其中M為區(qū)間直覺(jué)模糊集形式。由定義3，得出準(zhǔn)則層的區(qū)間直覺(jué)模糊熵矩陣E=[0.665 0.274 0.590 0.246 0.647]。由于熵的數(shù)值與相應(yīng)區(qū)間模糊集的模糊性具有反向作用，所以熵越小，對(duì)應(yīng)的權(quán)重越大。求解非線性規(guī)劃方程組(2)，并用式(4)歸一化可以得出準(zhǔn)則層熵權(quán)值矩陣W=[0.121 0.293 0.13 0.327 0.124]。同理，可得三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分配。根據(jù)礦山的實(shí)際數(shù)據(jù)和指標(biāo)值的取值范圍，將原始指標(biāo)值進(jìn)行歸一化，利用變權(quán)理論綜合式(5)，α取值為1/2，對(duì)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行修正，最終變權(quán)權(quán)重分配見(jiàn)表2。

表2 井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重分配表

根據(jù)式(6)，分別計(jì)算出該礦山在熵權(quán)和變權(quán)兩種情況下在各個(gè)灰類(lèi)上的隸屬度，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 兩種權(quán)重情況下評(píng)價(jià)結(jié)果比較

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從評(píng)價(jià)結(jié)果看，該礦山整體綠色礦山水平為中等水平，但在總體評(píng)價(jià)結(jié)果“中”、“較高”和“高”三個(gè)灰度中得分差距不大，說(shuō)明該礦在綠色礦山建設(shè)中存在發(fā)展不均衡現(xiàn)象。通過(guò)準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，B3、B4在熵權(quán)和變權(quán)兩種權(quán)重下差異性明顯，說(shuō)明該礦山在資源利用和技術(shù)創(chuàng)新兩項(xiàng)中有些指標(biāo)達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。比如，該礦在煤矸石等的利用方面，利用煤矸石建造低碳生態(tài)公園、轉(zhuǎn)產(chǎn)水泥等，做了合理的嘗試，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但有些指標(biāo)離綠色礦山的標(biāo)準(zhǔn)還有不少差距，比如，該礦在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)原木的消耗過(guò)高、采煤過(guò)程中煤矸石的含量過(guò)高等技術(shù)問(wèn)題同樣值得我們重點(diǎn)關(guān)注。通過(guò)變權(quán)理論的修正，提高了這些薄弱環(huán)節(jié)的權(quán)重，更加突出薄弱環(huán)節(jié)在綠色礦山評(píng)價(jià)中的制約作用，促使綠色礦山建設(shè)均衡發(fā)展。說(shuō)明評(píng)價(jià)過(guò)程的科學(xué)性和客觀性。

4 結(jié) 論

1)以《國(guó)家級(jí)綠色礦山建設(shè)基本條件》框架為基礎(chǔ)，構(gòu)建井工煤礦綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括6個(gè)二級(jí)指標(biāo)和40個(gè)三級(jí)指標(biāo)，基本條件作為門(mén)檻級(jí)指標(biāo)，不參與權(quán)重分配?？紤]到專(zhuān)家評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性，為使評(píng)價(jià)結(jié)果更具有客觀性，對(duì)其余36個(gè)指標(biāo)建立了區(qū)間直覺(jué)模糊熵的權(quán)重確定方法，并用變權(quán)理論對(duì)所得權(quán)重進(jìn)行修正。

2)采用灰色聚類(lèi)對(duì)井工煤礦綠色礦山建設(shè)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)隸屬度的大小確定綠色礦山建設(shè)等級(jí)。在各個(gè)指標(biāo)水平參差不齊情況下，利用變權(quán)理論突出薄弱環(huán)節(jié)的制約作用，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)客觀，指導(dǎo)礦山建設(shè)均衡發(fā)展。通過(guò)河南某礦數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了理論的有效性。

[1] 謝和平，王金華，申寶宏，等.煤炭開(kāi)采新理念——科學(xué)開(kāi)采與科學(xué)產(chǎn)能[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012(7)：1069-1079.

[2] 黃敬軍，倪嘉曾，宋云飛，等.綠色礦山建設(shè)考評(píng)指標(biāo)體系的探討[J].金屬礦山，2009(11)：147-150.

[3] 張德明，賈曉晴，喬繁盛，等.綠色礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的初步探討[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，3(12)：11-13.

[4] 信春華，丁日佳，劉峰.井工礦低碳生態(tài)礦山建設(shè)多階段綜合評(píng)價(jià)模型[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(6)：1061-1066.

[5] 閆志剛，劉玉朋，王雪麗.綠色礦山建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法研究[J].中國(guó)煤炭.2012.38(2)：116-120.

[6] 宋海彬.綠色礦山績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013,32(8)：5-7.

[7] 王彬.我國(guó)綠色礦山評(píng)價(jià)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2014.

[8] 劉思峰，謝乃明.基于改進(jìn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰評(píng)估新方法[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2011，26(2)：244-250.

[9] 劉婷，肖長(zhǎng)來(lái)，王雅男，等.基于中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)估法在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2013(5)：26-28.

[10] 吳應(yīng)宇，余德建.基于區(qū)間直覺(jué)模糊集的研究型高?？沙掷m(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012(4)：790-796.

[11] 曾守楨.基于直覺(jué)模糊信息的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2013.

[12] 邢清華，劉付顯.直覺(jué)模糊集隸屬度與非隸屬度函數(shù)的確定方法[J].控制與決策，2009，24(3)：393-397.

[13] 王培，魏翠萍.一種區(qū)間直覺(jué)模糊熵的構(gòu)造方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47(2)：43-45.

[14] 郝飛龍，李德清.屬性值為區(qū)間數(shù)的變權(quán)綜合決策方法[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2008，38(5)：31-35.

Evaluation of underground coal mining green mine based on interval-valued intuitionistic fuzzy entropy and contingency theory

JING Peixing1，LU Mingyin2，GONG Weicai1，WANG Weizhong3

(1.Xuhai College，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221008，China；2.Shool of Mines，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221116，China；3.School of Management，Anhui Science and Technology University，F(xiàn)engyang 233100，China)

Underground coal mining plays a significant role in coal resource exploitation，with the establishment and development of green mine as the basic requirement in the future.How to scientifically evaluate the green level of underground coal mining is the key to green mine construction.During this process，reasonable evaluation index system and weight distribution are crucial.In order to make the weight distribution more scientific and accord with reality，interval-valued intuitionistic fuzzy entropy is introduced and applied to the precision of the interval evaluation of expert system.Meanwhile，the paper adopts contingency theory to confirm the final weight as well as highlight the restrictive impact of weak links，leading underground coal mining on the road of green mine development in a balanced way.All these contribute to the level of green mine.At last，the effectiveness is verified by way of numerical instances.Constructive advices are put forward for future green coal establishment.

underground coal mining；green mine；evaluation index system；interval-valued intuitionistic fuzzy entropy；contingency theory；gray clustering

2016-04-28

靖培星(1988-)，男，助教，碩士，從事礦山系統(tǒng)工程方向研究，E-mail：jpxatjz@163.com。

盧明銀(1964-)，男，教授，博士，從事礦山系統(tǒng)工程方向研究，E-mail：lmy81@163.com。

N945.16

A

1004-4051(2016)12-0059-05