王 亮

(山西晉煤集團(tuán)澤州天安海天煤業(yè)有限公司, 山西 晉城市 048000)

0 引 言

煤炭為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn),但其安全生產(chǎn)問(wèn)題一直成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn),事故發(fā)生率高、特重大事故頻次多、百萬(wàn)噸死亡率高、社會(huì)負(fù)面影響大等特點(diǎn),使許多人認(rèn)為煤炭行業(yè)是所有行業(yè)中最危險(xiǎn)的。據(jù)統(tǒng)計(jì),2008年百萬(wàn)噸死亡率為1．182,到2015年、2016年和2017年我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率分別為0．157,0．156,0．106,由此可以看出,經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展,我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率大幅度下降,而國(guó)外先進(jìn)采煤大國(guó),如澳大利亞、英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家,已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了“零死亡”的安全指標(biāo)?？梢?jiàn)我國(guó)的煤礦安全生產(chǎn)形式依然嚴(yán)峻,實(shí)現(xiàn)“零死亡”和無(wú)傷害有很長(zhǎng)的路要走[1-2]。國(guó)家應(yīng)急管理部的成立充分說(shuō)明國(guó)家對(duì)安全的重視,人民對(duì)安全的迫切渴望,因此,在技術(shù)改革的同時(shí),也應(yīng)該加強(qiáng)安全管理,將事故消除在萌芽狀態(tài),這就有必要對(duì)煤礦安全預(yù)警和預(yù)測(cè)。

事故發(fā)生的因素眾多且具有不確定性,復(fù)雜性和一定的模糊性,對(duì)于其中信息不確定的因素來(lái)說(shuō),與灰色系統(tǒng)理論很吻合,可以采用灰色模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[3],為制定科學(xué)、合理的安全管理目標(biāo)提供依據(jù),促使煤礦安全管理水平再上新臺(tái)階,實(shí)現(xiàn)煤礦安全形勢(shì)根本好轉(zhuǎn),并最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)“零死亡”[4-5]。

1 灰色事故預(yù)測(cè)模型的基本原理

我國(guó)著名學(xué)者鄧聚龍于20世紀(jì)80年代初創(chuàng)立了一種兼?zhèn)滠浻部茖W(xué)特性的新理論—灰色系統(tǒng)(Grey System)理論。該理論將信息明確的系統(tǒng)定義為白色系統(tǒng),信息完全不明確的系統(tǒng)則定義為黑色系統(tǒng),而將介于這兩者之間的信息部分明確、部分不明確的系統(tǒng)定義成灰色系統(tǒng)[6]。因此,灰色預(yù)測(cè)法可以對(duì)已知信息、不確定信息的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。如傷亡事故的發(fā)生從表面來(lái)看是隨機(jī)的,但是又具有潛在的有序性、規(guī)律性。為了深層次探索事故發(fā)生的規(guī)律,預(yù)防事故發(fā)生,可以采用灰色預(yù)測(cè)的方法鑒別、分析系統(tǒng)內(nèi)各因素之間的關(guān)聯(lián)性,并對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)尋找系統(tǒng)內(nèi)因的變化規(guī)律,得到具有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列,以此來(lái)建立相應(yīng)的模型方程,從而預(yù)測(cè)和掌握未來(lái)事件的發(fā)展趨勢(shì)。采用該方法對(duì)已發(fā)生傷亡事故的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析,來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生傷亡事故的發(fā)展趨勢(shì)和變化規(guī)律,也就是對(duì)灰色系統(tǒng)進(jìn)行分析研究、建立模型、求解和預(yù)測(cè),這就是灰色災(zāi)變預(yù)測(cè)法。這種預(yù)測(cè)法具有事故樣本數(shù)量少、實(shí)用、精準(zhǔn)度高等特點(diǎn),尤其是對(duì)于傷亡事故的漏報(bào)、謊報(bào)和瞞報(bào)等人為干擾因素,及其他原因?qū)е碌氖鹿蕵颖旧佟⑹鹿蕯?shù)據(jù)不正?，F(xiàn)象,其預(yù)測(cè)值仍然符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。礦山安全事故的發(fā)生本身具有很大的模糊性、隨機(jī)性,為此,預(yù)測(cè)模型將其隨機(jī)性進(jìn)行弱化,使雜亂無(wú)章的原始數(shù)據(jù)序列呈現(xiàn)出某種規(guī)律,不僅使原先規(guī)律不明顯的變得較為明顯,而且建模后還可以進(jìn)行殘差辨識(shí)、驗(yàn)證,進(jìn)而得到較高精度的預(yù)測(cè)值和符合未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的價(jià)值規(guī)律。因此,為了有效地防止礦山安全事故的發(fā)生,就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行安全預(yù)測(cè)工作,降低事故發(fā)生率[7-8]。

2 灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)模型

2．1 GM(1,1)模型的建立

依據(jù)考研對(duì)象的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),建立原始時(shí)間序列:

式中,x(0)(k)≥0,k＝1,2,…,n。X(1)為X(0)的1-AGO序列。

式中,x(1)(k)＝(i),k＝1,2,…,n;Z(1)為X(1)的相鄰數(shù)據(jù)的算術(shù)平均數(shù)的相反數(shù)生成序列,它的表達(dá)式為:

式中,z(1)(k)＝-× [x(1)(k)＋x(1)(k-1)],k＝2,3,…,n。

若a?＝(a,b)T為參數(shù)列,且有Y＝,則 GM(1,1)模型x(0)(k)＋az(1)k＝b的最小二乘估計(jì)參數(shù)列滿足:

GM(1,1)模型x(0)(k)＋az(1)k＝b的時(shí)間響應(yīng)序列為:

其中,k＝1,2,…,n。

2．2 預(yù)測(cè)模型的后驗(yàn)差檢驗(yàn)

建立模型后,需要對(duì)其精度等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn),以確定所選用模型的可靠性,筆者采用后驗(yàn)差檢驗(yàn)。x(0)(k)與其預(yù)測(cè)值x?(0)(k)之差為ε(k),即殘差為:

其中,k＝1,2,…,n。

殘差均值ε-和方差S21分別為:原始數(shù)據(jù)的均值x-和方差S22分別為:

式中,C＝S1/S2,定義為后驗(yàn)差比值,指標(biāo)C越小越好,即C越小,S2越大而S1越小。S2大表明方差大,離散度大。S1小則表明殘差的方差小,離散度小。而C小說(shuō)明雖然原始數(shù)據(jù)比較離散,但預(yù)測(cè)所得出的模擬值與實(shí)際值之差并不離散。

表1 精度檢驗(yàn)等級(jí)指標(biāo)

3 事故模型預(yù)測(cè)的應(yīng)用研究

選取山西省2011~2017年煤礦百萬(wàn)噸死亡率數(shù)據(jù),采用GM(1,1)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè),其實(shí)際值、預(yù)測(cè)值殘差、誤差值見(jiàn)表2。

3．1 GM(1,1)模型預(yù)測(cè)

(1)根據(jù)表2建立原始數(shù)據(jù)序列:

(4)根據(jù)式(3)對(duì)參數(shù)列a?＝(a,b)T進(jìn)行最小二乘估計(jì),可得

(6)將k值代入上式,求出X(1)的模擬值:

(7)對(duì)X(1)作累減還原,得到X(0)的模擬值:

表2 2011～2016年山西省煤礦百萬(wàn)噸死亡率預(yù)測(cè)結(jié)果

2014年實(shí)際百萬(wàn)噸死亡率很低,主要是由于隨著國(guó)家兩化融合發(fā)展,信息化安全平臺(tái)建設(shè)被企業(yè)重視,同時(shí)啟動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理雙預(yù)防工作。

3．2 精度檢驗(yàn)

根據(jù)前述的后驗(yàn)差檢驗(yàn)方法對(duì)該預(yù)測(cè)模型的精度等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn):

表3 后驗(yàn)差檢驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出:預(yù)測(cè)精度為一級(jí)——“好”,說(shuō)明了該模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠度,完全可以采用該模型對(duì)未來(lái)幾年的百萬(wàn)噸死亡率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3．3 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)該模型對(duì)山西省2017~2020年煤礦百萬(wàn)噸死亡率進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 山西煤礦百萬(wàn)噸死亡率預(yù)測(cè)結(jié)果

3．4 結(jié)果分析

通過(guò)該模型預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出,山西省煤礦百萬(wàn)噸死亡率總體上逐年下降,主要是由于科技和資金投入力度大,安全生產(chǎn)觀念轉(zhuǎn)變,安全意識(shí)深入人心。

基于灰色系統(tǒng)理論建立的災(zāi)變預(yù)測(cè)模型適合未來(lái)百萬(wàn)噸死亡率的預(yù)測(cè),其預(yù)測(cè)精度符合要求,預(yù)測(cè)的結(jié)果可靠,因此,該模型對(duì)煤礦的安全管理工作具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。根據(jù)山西省政府發(fā)布的《山西省遏制煤礦重特大事故工作方案》,到2020年,95%以上的煤礦要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)長(zhǎng)周期、煤礦百萬(wàn)噸死亡率控制在0．05以內(nèi)的目標(biāo)完全可以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

(1)采用灰色系統(tǒng)理論建立的災(zāi)變預(yù)測(cè)模型,根據(jù)山西省2011~2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè),精度為一級(jí)符合要求,能夠客觀地反映出山西煤礦百萬(wàn)噸死亡率的基本規(guī)律,為礦山企業(yè)制訂安全管理、生產(chǎn)目標(biāo)及安全系統(tǒng)預(yù)警提供科學(xué)指導(dǎo)。

(2)由于該模型建立所需數(shù)據(jù)與時(shí)間有很大關(guān)系,因此每隔一個(gè)時(shí)間段,應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充新信息,重新建立模型或修正模型,以保證預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。