李世賢

（云南省鎮(zhèn)雄縣應(yīng)急管理局礦山救護隊，云南 昭通 657200）

鎮(zhèn)雄縣位于云南省滇、川、黔三省交界，全縣國土面積3696m2，含礦面積占縣國土面積的44%，礦產(chǎn)資源遠景儲量74億噸，屬于國家13個大型礦山開采基地98個礦區(qū)之一，主要可采礦層原礦為低水分、中灰到富灰、低硫到高硫、低磷到高磷、高發(fā)熱量礦種。2018年1-10月鎮(zhèn)雄縣共生產(chǎn)原礦514.98萬噸，洗選礦173.6萬噸。由此可見，礦產(chǎn)業(yè)在該縣的地位舉足輕重，但礦井在開采過程中沒有實現(xiàn)對安全生產(chǎn)事故的有效控制，礦產(chǎn)行業(yè)安全生產(chǎn)形勢依然十分嚴(yán)峻。

礦井安全問題自礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展伊始就受到社會和政府的高度重視，一通三防與礦井安全作業(yè)存在最直接的關(guān)系。為了確保礦井安全作業(yè)，展開礦井一通三防風(fēng)險評估，將層次分析法（AHP）引入礦產(chǎn)領(lǐng)域，從通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)險、防塵系統(tǒng)風(fēng)險、防有害氣體系統(tǒng)風(fēng)險、防火系統(tǒng)風(fēng)險四個方面著手，建立起礦井一通三防風(fēng)險評估模型。

1 層次分析法（AHP）

層次分析法是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準(zhǔn)則決策方法。它把復(fù)雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，使之條理化，根據(jù)對一定客觀現(xiàn)實的主觀判斷結(jié)構(gòu)把專家意見和分析者的客觀判斷結(jié)果直接而有效地結(jié)合起來，將一層次元素兩兩比較的重要性進行定量描述。而后，利用數(shù)學(xué)方法計算反映每一層次元素的相對重要性次序的權(quán)值，通過所有層次之間的總排序計算所有元素的相對權(quán)重并進行排序。

為更好地對層次分析法（AHP）進行描述，這里首先給出層次分析法應(yīng)用的大致步驟：①識別風(fēng)險因素及歸類分組；②建立起遞階層次結(jié)構(gòu)模型；③構(gòu)造各層次的判斷矩陣；④層次單排序及一致性檢驗；⑤層次總排序及一致性檢驗。

2 礦井一通三防風(fēng)險識別

2.1 通風(fēng)風(fēng)險識別

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由通風(fēng)裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流監(jiān)測與控制設(shè)施等組成[1]。礦井在通風(fēng)方面主要風(fēng)險有礦井外部漏風(fēng)、通風(fēng)設(shè)施不合格、通風(fēng)設(shè)施失修、采掘工作面送風(fēng)量不足等，這些風(fēng)險均可從通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)施兩個方面加以防控，如礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、編制事故預(yù)防與處理方案、加強現(xiàn)場通風(fēng)安全管理、通風(fēng)設(shè)施檢查與維護等。

2.2 防塵風(fēng)險識別

有害氣體爆炸通常會伴有粉塵爆炸，粉塵爆炸危險性大、破壞力強，采取綜合措施防止粉塵堆積十分有必要。因此，礦井防塵必須有完善的防塵供水系統(tǒng)，防塵主要管路須安裝水質(zhì)過濾器。從管理角度來說，防塵還須采取綜采工作面、綜掘工作面、炮掘工作面、運輸巷及其它巷道、五地面儲、裝、運系統(tǒng)、隔爆設(shè)施等防塵管理措施以及定期沖刷巷道。

2.3 有害氣體風(fēng)險識別

有害氣體是礦井安全作業(yè)最危險的因素之一，有害氣體是一種無色、無味、無臭的氣體，該氣體難溶于水、通常漂浮在空氣中，濃度較高時會引起人窒息死亡。氣體爆炸的危害主要有引發(fā)火災(zāi)、粉塵爆炸，燒死燒傷人員、損壞巷道和設(shè)備、產(chǎn)生大量有毒、有害氣體。因此，礦井作業(yè)事前、事中、事后必須防范有害氣體。預(yù)防有害氣體可以從預(yù)防氣體積聚、杜絕火源和阻爆隔爆三個方向著手[2]，如安裝氣體檢測報警儀、氣體抽放系統(tǒng)、完善氣體檢查制度。

2.4 防火風(fēng)險識別

礦井火災(zāi)是指通常發(fā)生在礦井下巷道、采掘工作面、硐室、采空區(qū)等井下區(qū)域以及井口附近地面的火災(zāi)。根據(jù)引燃熱源不同，礦井火災(zāi)可分為外因火災(zāi)與內(nèi)因火災(zāi)。外因火災(zāi)形式主要包括明火、違章放炮、機械摩擦和撞擊、電氣設(shè)備失爆、電路短路或漏電、有害氣體、粉塵爆炸。因此，防火須采取相應(yīng)的措施加以防范，如安裝消防管理系統(tǒng)、制定防滅火方案、安裝火宅監(jiān)測系統(tǒng)。

3 工程實例

3.1 工程概況

某礦井位于鎮(zhèn)雄縣復(fù)試向斜南翼東南段，為一北西～南東向延伸的單斜構(gòu)造，地層總體傾向北東，傾角7 ～30 ，斷裂發(fā)育至礦區(qū)邊部，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，礦井水文地質(zhì)以頂板巖溶裂隙含水層、老空積水充水為主的中等類型，可采礦層圍巖主要是泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理較發(fā)育，無明顯的破碎帶。礦井礦層為低變質(zhì)，工作面回采區(qū)域遺礦較多，采空區(qū)易漏風(fēng)，不易引起自燃發(fā)火。該礦目前采用傾斜長壁采礦法，爆破落礦，綜采采礦工藝采，采用斜井開拓方式，多礦層聯(lián)合開采。礦區(qū)配有獨立的通風(fēng)系統(tǒng)、有害氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)、防塵供水系統(tǒng)、煙霧報警系統(tǒng)等。

3.2 指標(biāo)體系建立

（1）通過對礦井一通三防系統(tǒng)及其安全管理現(xiàn)狀進行實地調(diào)查，定性地、定量地分析礦井一通三防系統(tǒng)有可能存在的全部風(fēng)險因素，對風(fēng)險因素按照某些特征進行歸類分組。

（2）以礦井一通三防安全為目標(biāo)層，以實現(xiàn)目標(biāo)層可供選擇的各種措施（采掘工作面配風(fēng)、通風(fēng)設(shè)施完善及維護、礦井供需風(fēng)量比；綜合防塵措施、定期沖刷巷道、防塵灑水管道系統(tǒng)安裝及維護；有害氣體檢測報警儀安裝、氣體抽放系統(tǒng)安裝及維護、檢查制度完善；消防管理系統(tǒng)安裝及維護、防滅火方案制定、火宅監(jiān)測系統(tǒng)安裝及維護）為準(zhǔn)則層，以通風(fēng)系統(tǒng)、防塵、防有害氣體、防火為方案層，建立起遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

（3）引入1～9及其倒數(shù)作為因子對比標(biāo)度[3]。

3.3 構(gòu)造各層次的判斷矩陣

所謂判斷矩陣，其實就是各層次的相互因子權(quán)重矩陣。針對目標(biāo)層礦井一通三防安全而言，將準(zhǔn)則層重要程度進行兩兩對比，可得到準(zhǔn)則層相互因子權(quán)重；對于方案層而言，將方案層重要程度進行兩兩對比，可得到方案層相互因子權(quán)重。

3.4 層次單排序及一致性檢驗

所謂層次單排序，是指判斷矩陣經(jīng)過對應(yīng)于最大特征值的特征向量，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。層次單排下雖然能較客觀地反映出一對因子影響力的差別，但綜合全部比較結(jié)果時，難免包含一定程度的非一致性，因此，需要做一次性檢驗，以滿足各層次判斷矩陣的不一致程度均落在允許的范圍內(nèi)。

3.5 層次總排序及一致性檢驗

通過層次單排序及一致性檢驗后，即可得到一組元素對其上一層中某元素的權(quán)重向量。根據(jù)最終各元素，尤其是方案層對于目標(biāo)的排序權(quán)重，從而進行方案選擇，即從礦井一通三防安全目標(biāo)中重點尋找最能影響目標(biāo)實現(xiàn)的因素。

3.6 MATLAB偽代碼

以下給出層次分析法的MATLAB實現(xiàn)過程，并由偽代碼形式進行表達：

（1）clear；

（2）輸入準(zhǔn)則層、方案層的相互因子權(quán)重矩陣，分別求其特征值與特征向量；

（3）按照公式CI=(λ-n)/n-1求出準(zhǔn)則層、方案層一致性指標(biāo)；

（4）查隨機一致性指標(biāo)表，分別取RI為0.9和1.54，按照公式CR=CI/RI求出準(zhǔn)則層、方案層的一致性比例CR；

（5）若CR＜0.1，認為矩陣的不一致程度在允許的范圍內(nèi)，可用其特征向量作為權(quán)向量；若一致性比例CR≥0.1，則應(yīng)對判斷矩陣做適當(dāng)修改；

（6）求準(zhǔn)則層、方案層權(quán)值；

（7）求總排序權(quán)值；

End

輸出結(jié)果

3.7 評估結(jié)果

利用MATLAB軟件進行編程，得到礦井一通三防風(fēng)險評估權(quán)值表如表1。

表1 風(fēng)險評估權(quán)值表

4 結(jié)論

根據(jù)評估結(jié)果，對礦井一通三防風(fēng)險重要程度依次排序為防火、通風(fēng)、防塵、有害氣體，因此，針對鎮(zhèn)雄縣某礦井重點對防火進行管控，建議根據(jù)礦井工作面實際情況，有條件地對采空區(qū)及后部灌漿，對地表塌陷坑進行回填，以便減少礦井火災(zāi)發(fā)生。另外完善通風(fēng)系統(tǒng)，可以采用進風(fēng)上山和回風(fēng)暗立井回風(fēng)的通風(fēng)布置方式。