陳冬梅 田華 陳瑞峰

摘 要：本文通過層次分析法（AHP），針對(duì)建筑物下壓煤開采其資源條件及地質(zhì)因素、采煤設(shè)備及輔助系統(tǒng)、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件和安全管理水平及設(shè)施5個(gè)方面的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)模型，確定了地表建筑物的覆蓋率對(duì)建筑物下壓煤安全開采的影響最大，為安全管理提供一定的參考，并保證建筑物下煤炭開采安全有序進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：建筑物下壓煤開采；層次分析法；目標(biāo)權(quán)重

中圖分類號(hào)：TD823.83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）19-0178-03

隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和可采儲(chǔ)量的減少，建筑物下壓煤問題日益突出，但建筑物下采煤由于采煤環(huán)境的復(fù)雜性、地質(zhì)環(huán)境的不確定性，存在很多安全問題[2]，因此對(duì)建筑物下壓煤開采的資源條件與地質(zhì)因素、采煤設(shè)備與技術(shù)水平、地表建筑物及環(huán)境條件等方面進(jìn)行分析，建立建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)體系，找出影響建筑物下壓煤開采安全的因素就至關(guān)重要。

1 建筑物下壓煤開采評(píng)價(jià)

1.1 建筑物下壓煤開采評(píng)價(jià)簡述

據(jù)目前不完全統(tǒng)計(jì)，我國國有骨干大中型礦井“三下”（建筑物下、水體下、鐵路下）壓煤量達(dá)到140億噸以上[3]，其中建筑物下壓煤占整個(gè)“三下”壓煤量的60%以上。隨著國家工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，礦井資源在逐年減少，而建筑物下壓煤量在不斷增加，為保證礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，目前全國已有近百個(gè)礦井，數(shù)百個(gè)工作面進(jìn)行了建筑物下的開采。因此，建筑物下壓煤開采的安全問題也逐漸突出。

建筑物下壓煤開采不但引起地表下沉，且對(duì)周圍的煤層、井巷、隔水層、地表設(shè)施及周圍水系都會(huì)造成不同程度的影響和破壞，因此開采之前，對(duì)其進(jìn)行安全開采評(píng)價(jià)。建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)就是要對(duì)影響開采安全的因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而合理地反映影響建筑物下壓煤開采安全的主要因素，從而有針對(duì)性地進(jìn)行安全事故預(yù)防，提高建筑物下壓煤開采安全水平。

本文將通過層次分析法（AHP）對(duì)建筑物下壓煤開采的資源條件與地質(zhì)因素、采煤設(shè)備與技術(shù)水平、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件、安全管理水平及設(shè)施進(jìn)行分析，并通過細(xì)化，建立建筑物下壓煤開采安全開采評(píng)價(jià)體系。

1.2 建筑物下壓煤開采評(píng)價(jià)體系

層次分析法是一種多因素決策分析方法，首先根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，按照因素間的相互關(guān)聯(lián)和隸屬關(guān)系分成不同的層次組合，構(gòu)成一個(gè)多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析模型。

對(duì)于建筑物下壓煤開采這樣的復(fù)雜系統(tǒng)而言，需要多個(gè)指標(biāo)組成一個(gè)有機(jī)的整體。通過建立指標(biāo)體系來描述系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，且指標(biāo)的選擇應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

第一，先進(jìn)性原則。指標(biāo)的設(shè)立必須符合煤礦安全生產(chǎn)的先進(jìn)理念、先進(jìn)的安全目標(biāo)以及先進(jìn)的管理體制。

第二，科學(xué)性原則。安全評(píng)價(jià)體系的創(chuàng)建以及指標(biāo)的設(shè)立必須有充分的科學(xué)依據(jù)，能客觀準(zhǔn)確地對(duì)建筑物下壓煤開采安全程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

第三，關(guān)聯(lián)性原則。各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)不是獨(dú)立存在的，要考慮到其共同的價(jià)值取向。

第四，整體性原則。安全評(píng)價(jià)體系是對(duì)壓煤開采整體安全的動(dòng)態(tài)評(píng)估，從而能夠客觀全面了解其安全程度。

2 建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)模型

建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)復(fù)雜，評(píng)價(jià)因素很多[4]，且具有不同的類別和層次，屬于多層次目標(biāo)體系。

2.1 建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

按照建筑物下壓煤開采的特征建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，該模型分為3層，第一層總目標(biāo)（D），即建筑物下壓煤開采安全性；第2層為準(zhǔn)則層（P），即壓煤開采安全評(píng)價(jià)的主要準(zhǔn)則；第3層為安全評(píng)價(jià)指標(biāo)層（A），即具體影響建筑物下壓煤開采安全的各項(xiàng)指標(biāo)。

安全評(píng)價(jià)指標(biāo)重點(diǎn)考察建筑物下壓煤開采中資源條件與地質(zhì)因素、采煤設(shè)備與技術(shù)水平、資源開采利用程度、地表建筑物及環(huán)境條件、安全管理水平及設(shè)施5類因素，并進(jìn)一步細(xì)化，建壓煤開采安全評(píng)價(jià)體系指標(biāo)層，然后計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，并對(duì)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行總排序。其安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[5，6]見圖1。

2.2 建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

在指標(biāo)兩兩比較的基礎(chǔ)上，得出判斷矩陣，然后計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，從而對(duì)影響建筑物下壓煤開采安全的因素進(jìn)行排序。下面以資源條件及地質(zhì)因素中各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算為例。

2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

層次分析法的基礎(chǔ)工作是構(gòu)建判斷矩陣，而比較時(shí)如何量化、如何更準(zhǔn)確反映指標(biāo)重要性是構(gòu)建判斷矩陣的關(guān)鍵。

到目前為止，人們提出了近十種標(biāo)度，如1-9標(biāo)度、9/9 -9/1和10/10-18/2分?jǐn)?shù)標(biāo)度法，90/8-98/8指數(shù)標(biāo)度法等。駱正清[8]等對(duì)常用1-9標(biāo)度、9/9-9/1和10/10-18/2分?jǐn)?shù)標(biāo)度法，90/8-98/8指數(shù)標(biāo)度法進(jìn)行了比較分析，得出其均具有保序性，單一準(zhǔn)則下建議用1-9標(biāo)度，多重準(zhǔn)則可用90/8-98/8指數(shù)標(biāo)度法；儲(chǔ)敏[9]從一致性指標(biāo)、最大偏差和均方差等對(duì)以上4中標(biāo)度進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)90/8-98/8指數(shù)標(biāo)度法具有最好的一致性，因此是最為理想的標(biāo)度。這里引用90/8-98/8指數(shù)標(biāo)度法及其倒數(shù)標(biāo)度法對(duì)各評(píng)價(jià)因子的重要性進(jìn)行量化，標(biāo)度含義見表1。

在每個(gè)層次上，按照表1中的標(biāo)度方法定量化，建立數(shù)值判斷矩陣，見表2。

2.2.2 計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重及其最大特征值

首先將判斷矩陣表2的列向量按列歸一化：，（i，j=1，2，…n）；然后將判斷矩陣按行求和：（i，j=1，2，…n），得到：

=[1.068，1.289，1.232，0.774，0.892，0.745]

而后歸一化：（i，j=1，2，…n）；則得到特征向量：=[0.178，0.215，0.205，0.129，0.149，0.124]，為所對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

最后計(jì)算最大特征根：（i=1，2，…n），表示向量中第i個(gè)向量。得到最大特征根 =6.00。

2.2.3 一致性檢驗(yàn)

當(dāng)判斷矩陣的階大于2時(shí)，通常難構(gòu)造出滿足一致性的矩陣，也就是需要一致性檢驗(yàn)[10]。首先計(jì)算一致性指標(biāo)CI：；然后確定平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI（RI取值如表3所示）；

計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR：CR=CI/RI，當(dāng)CR<0.10時(shí)，判斷矩陣具有滿意的一致性；CR≥0.10時(shí)，應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行適當(dāng)修正；CR=0時(shí)，具有完整的一致性。

將=6.00帶入，CR=0.00<0.10，具有滿意的一致性。

3 建筑物下壓煤開采安全影響因素分析

利用層次分析法（AHP），將分別得到建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，從而對(duì)影響建筑物下壓煤開采安全的因素進(jìn)行排序。具體結(jié)果見圖2。

（1）地表建筑物的覆蓋程度對(duì)建筑物下壓煤安全開采的影響最大。在開采過程中，地表建筑物的損害是地表的變形傳遞給基礎(chǔ)，從而引起地面建筑物產(chǎn)生相應(yīng)的變形，若地表建筑物變形過大，將會(huì)受到破壞，從而影響安全開采，并帶來很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)面效益，因此，較小的覆蓋率是保證建筑物下壓煤開采安全的主要原因。

（2）煤礦開采首先是人的行為，因此人的主觀性也是安全的主要原因，做好安全教育及培訓(xùn)就顯得非常重要。其次，煤礦安全制度、安全管理等也對(duì)建筑物下壓煤的安全開采有著重大的影響，是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主觀因素。所以應(yīng)建立健全從業(yè)人員安全教育培訓(xùn)制度，制定并落實(shí)安全生產(chǎn)教育和培訓(xùn)計(jì)劃，保證安全培訓(xùn)工作正常進(jìn)行，對(duì)主要負(fù)責(zé)人、安全生產(chǎn)管理人員和特種作業(yè)人員進(jìn)行專門安全培訓(xùn)，提高從業(yè)人員安全意識(shí)，提高安全作業(yè)。

（3）建筑物下壓煤開采地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，礦井所在地巖石質(zhì)量及結(jié)構(gòu)，井下通風(fēng)、溫度及支護(hù)系統(tǒng)等都會(huì)對(duì)其安全造成很大的影響。影響因素的排序合理的反應(yīng)了影響建筑物下壓煤安全開采的主要因素，便于管理者參照各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值衡量其安全狀況，根據(jù)礦山實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，從而保證建筑物下壓煤開采的安全進(jìn)行。

（4）建筑物下壓煤開采是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響因素的排序合理的反應(yīng)了影響建筑物下壓煤安全開采的主要因素，具有很大的借鑒意義。但由于開采作業(yè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，將面臨一些不可預(yù)知的安全影響因素，因此本文確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)還要根據(jù)開采實(shí)際狀況進(jìn)行必要的調(diào)整和修正，不同礦區(qū)的安全條件千差萬別，在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇以及權(quán)重的確定時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的調(diào)整。

4 結(jié)語

本文在構(gòu)建建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，采用層次分析法（AHP），針對(duì)潛在安全開采影響要素進(jìn)行分析，對(duì)建筑物下壓煤開采的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序，并得出以下結(jié)論：

（1）建筑物下壓煤開采是一個(gè)綜合性和系統(tǒng)性的復(fù)雜問題，本文采用層次分析法，通過目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—指標(biāo)層進(jìn)行層層分析和評(píng)價(jià)，采用定性和定量相結(jié)合的方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了建筑物下壓煤開采安全評(píng)價(jià)模型在，一定程度上保證了其客觀性和準(zhǔn)確性，為管理層的安全決策提供依據(jù)。

（2）全面考慮了影響建筑物下壓煤安全開采的各種因素，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。影響指標(biāo)總排序合理地反映了影響開采安全的主要因素，便于各個(gè)礦山根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，提高其安全生產(chǎn)水平。

（3）地表建筑物的覆蓋率對(duì)建筑物下壓煤安全開采的影響最大，較小的覆蓋率是保證建筑物下壓煤開采安全的主要原因；其次安全教育及培訓(xùn)、煤礦安全制度、安全管理等也對(duì)建筑物下壓煤的安全開采有著重大的影響，是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主觀因素；礦井所在地巖石質(zhì)量及結(jié)構(gòu)，井下通風(fēng)、溫度及支護(hù)系統(tǒng)等都會(huì)對(duì)其安全造成很大的影響，也是影響建筑物下壓煤安全開采不可忽略的因素。

（4）建筑物下壓煤開采環(huán)境復(fù)雜的，而且開采作業(yè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，其安全評(píng)價(jià)指標(biāo)需根據(jù)開采實(shí)際狀況進(jìn)行必要的調(diào)整和修正，以確保安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

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