陳維占，楊玉中

(河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

我國(guó)是一個(gè)富煤、貧油、少氣的國(guó)家，這決定了煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中處于主體地位。近年來(lái)，煤礦安全生產(chǎn)事故總量雖然大幅下降，安全生產(chǎn)狀況有了明顯好轉(zhuǎn)，但我國(guó)煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，自然災(zāi)害嚴(yán)重，安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻。安全評(píng)價(jià)是煤炭企業(yè)發(fā)現(xiàn)安全隱患、防范事故發(fā)生的重要手段。因此，研究適合我國(guó)煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)的方法不僅具有重要的理論意義，還具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

有關(guān)專家及學(xué)者對(duì)煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)開展了大量研究工作。楊金廷建立了基于支持向量機(jī)的煤礦安全評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該模型的科學(xué)性和可行性[1]；楊玉中等從作業(yè)人員、機(jī)械設(shè)備、作業(yè)環(huán)境和工作狀態(tài)4個(gè)方面給出了煤炭企業(yè)安全預(yù)警指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法確定預(yù)警指標(biāo)權(quán)重，建立了基于可拓理論的煤炭企業(yè)安全預(yù)警模型[2]；楊軍等通過(guò)對(duì)煤炭企業(yè)安全特點(diǎn)的分析，歸納了煤炭企業(yè)安全的主要控制點(diǎn)，并構(gòu)建了安全預(yù)警指標(biāo)體系[3]；郭凱運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣?yán)碚?，結(jié)合Borda序值法對(duì)煤炭企業(yè)安全的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行排序，進(jìn)而確定了影響煤炭企業(yè)安全的關(guān)鍵因素[4]；倪玉等運(yùn)用主成分分析、自回歸及K均值聚類等方法，構(gòu)建了煤炭企業(yè)安全預(yù)警模型，對(duì)煤炭企業(yè)安全預(yù)警進(jìn)行了策略指導(dǎo)[5]；宋陳澄等基于作業(yè)環(huán)境、人員配置、設(shè)備操作、安全管理等因素，構(gòu)建了包含13項(xiàng)指標(biāo)的煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用熵權(quán)、模糊綜合評(píng)價(jià)方法建立了煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)模型[6]。

目前已有的評(píng)價(jià)方法雖然很多，但有些方法主觀性較強(qiáng)，有些方法計(jì)算復(fù)雜。為了減少主觀性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)、客觀性，筆者提出了基于綜合權(quán)重的集對(duì)分析法對(duì)煤炭企業(yè)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，以期能夠提高煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)的有效性。

1 基于集對(duì)分析的煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)模型

1.1 集對(duì)分析原理

集對(duì)分析[7-9]是由我國(guó)學(xué)者趙克勤最早提出的一種用于處理不確定和模糊問(wèn)題的數(shù)學(xué)方法。其核心原理是系統(tǒng)不確定原理和成對(duì)原理，該理論認(rèn)為，任何系統(tǒng)都是由確定性和不確定性組成的，并且彼此間相互聯(lián)系，相互作用，在一定條件下又可相互轉(zhuǎn)化，可用聯(lián)系數(shù)來(lái)定量描述其間的關(guān)系。到目前為止，該理論多應(yīng)用于預(yù)測(cè)、決策、系統(tǒng)評(píng)價(jià)等方面，并取得了良好的效果。

集對(duì)分析利用集合的思想來(lái)進(jìn)行問(wèn)題分析，如有2個(gè)聯(lián)系的集合A和B組成一個(gè)集對(duì)H=(A,B)共有N個(gè)特征，其中在兩集合中，有S個(gè)特征相同，P個(gè)特征對(duì)立，剩余F=N-S-P個(gè)特征既不相同，也不對(duì)立。這2個(gè)集合的“同一度”“差異度”“對(duì)立度”分別用比值S/N、F/N、P/N來(lái)描述。集對(duì)H=(A,B)的聯(lián)系度μ表示為：

(1)

式中：i為差異度系數(shù)，取值區(qū)間為[-1,1]；j規(guī)定取值為-1，且滿足條件a+b+c=1。

1.2 煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)我國(guó)煤炭安全生產(chǎn)的相關(guān)法律法規(guī)，結(jié)合對(duì)相關(guān)研究文獻(xiàn)的梳理，以及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的意見，確定出影響煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的4類風(fēng)險(xiǎn)因素：人員、設(shè)備、環(huán)境、管理，據(jù)此建立了煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

表1 煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

1)熵權(quán)法[10]確定權(quán)重。熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)方法，是利用各指標(biāo)的熵值所提供的信息量的大小來(lái)決定指標(biāo)權(quán)重的方法。利用熵權(quán)法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基本步驟如下：

對(duì)得到的指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，假設(shè)有m個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)χ1,χ2,…,χn，評(píng)價(jià)矩陣Xij=(χij)m×n,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。設(shè)各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)為Yij=(yij)m×n。

依據(jù)信息熵原理，第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵定義為：

(2)

(3)

(4)

2)超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法[11]確定權(quán)重

(5)

3)綜合權(quán)重的確定。將熵權(quán)法和超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法得到的指標(biāo)權(quán)重組合起來(lái)，得到各指標(biāo)的綜合權(quán)重為：

(6)

1.4 基于集對(duì)分析的安全評(píng)價(jià)模型

1)集對(duì)的構(gòu)建

將煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)集合與安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集合構(gòu)成一個(gè)集對(duì)，用集對(duì)分析方法來(lái)對(duì)煤炭企業(yè)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。參考文獻(xiàn)[12]中等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)，將安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為低風(fēng)險(xiǎn)(V1)、較低風(fēng)險(xiǎn)(V2)、中等風(fēng)險(xiǎn)(V3)、較高風(fēng)險(xiǎn)(V4)、高風(fēng)險(xiǎn)(V5)，見表2。

表2 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2)“同”“異”“反”數(shù)值的確定

利用煤炭企業(yè)安全指標(biāo)集合與安全評(píng)價(jià)指標(biāo)集合的對(duì)比分析，確定指標(biāo)性質(zhì)，進(jìn)而得到各指標(biāo)間“同”“異”“反”的聯(lián)系。

3)集對(duì)分析關(guān)聯(lián)度的確定

根據(jù)構(gòu)建的煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)特性可知，表1中的指標(biāo)是越小越好型指標(biāo)。依據(jù)關(guān)聯(lián)度的定義確定關(guān)聯(lián)函數(shù)為μj(i)[13-15]。

第1等級(jí)聯(lián)系度為：

μj(1)=

(7)

第2等級(jí)聯(lián)系度為：

(8)

第3等級(jí)聯(lián)系度為：

μj(3)=

(9)

第4等級(jí)聯(lián)系度為：

μj(4)=

(10)

第5等級(jí)聯(lián)系度為：

μj(5)=

(11)

式中：μj(1)～μj(5)為煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)j與各等級(jí)的聯(lián)系度；sj(1)～sj(5)為煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)中評(píng)價(jià)指標(biāo)j的閾值；χj為指標(biāo)j的評(píng)價(jià)值。

4)煤炭企業(yè)安全等級(jí)的確定

利用集對(duì)分析對(duì)煤炭企業(yè)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，實(shí)質(zhì)上就是將各安全失效程度與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)組成一個(gè)集對(duì)，計(jì)算各樣本中評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)安全失效程度各個(gè)級(jí)別間的聯(lián)系度μj(i)，然后通過(guò)改進(jìn)的綜合權(quán)重法確定權(quán)重，計(jì)算加權(quán)聯(lián)系度，其計(jì)算式如下：

(12)

式中：μi為各安全評(píng)價(jià)指標(biāo)與第i類安全劃分標(biāo)準(zhǔn)的平均聯(lián)系度；ωj為各安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重。

2 應(yīng)用分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分及指標(biāo)權(quán)重

以平煤集團(tuán)下屬的5個(gè)煤炭企業(yè)為評(píng)價(jià)對(duì)象，應(yīng)用上述評(píng)價(jià)模型對(duì)煤炭企業(yè)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、文獻(xiàn)資料查詢及企業(yè)安全部門的日常安全檢查記錄為原始數(shù)據(jù)。依據(jù)系統(tǒng)的安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，邀請(qǐng)8位專家學(xué)者對(duì)建立的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分，并使用改進(jìn)后的綜合權(quán)重法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，見表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分及權(quán)重值

2.2 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以評(píng)價(jià)對(duì)象1為例，將表3中的各指標(biāo)的評(píng)分值代入式(7)～(11)，計(jì)算出各指標(biāo)的聯(lián)系度，結(jié)果見表4。

表4 評(píng)價(jià)對(duì)象1聯(lián)系度計(jì)算結(jié)果

將表3中各指標(biāo)的綜合權(quán)重值與表4中的各指標(biāo)的聯(lián)系度代入式(12)，計(jì)算出評(píng)價(jià)對(duì)象1的平均聯(lián)系度，進(jìn)而確定出評(píng)價(jià)對(duì)象1的安全評(píng)價(jià)等級(jí)。依照相同的計(jì)算步驟，可以求得評(píng)價(jià)對(duì)象2、3、4、5的平均聯(lián)系度和安全評(píng)價(jià)等級(jí)，見表5。

表5 各評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)可能性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

由表5中各評(píng)價(jià)對(duì)象1～5各級(jí)別所對(duì)應(yīng)的平均聯(lián)系度，根據(jù)最大隸屬度原則，得出所對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)分別為：較低風(fēng)險(xiǎn)(V2)、較低風(fēng)險(xiǎn)(V2)、較低風(fēng)險(xiǎn)(V2)、中等風(fēng)險(xiǎn)(V3)、中等風(fēng)險(xiǎn)(V3)。評(píng)價(jià)結(jié)果與煤炭企業(yè)實(shí)際安全狀況大致相同。同時(shí)通過(guò)比較可知，評(píng)價(jià)對(duì)象4、5的安全情況欠佳，需要管理者高度重視，及時(shí)排除安全隱患。

由計(jì)算結(jié)果分析可知，研究對(duì)象1、2、3的風(fēng)險(xiǎn)水平為較低，主要表現(xiàn)為：人員安全因素包括小部分人員違章作業(yè)率相對(duì)較高、作業(yè)人員學(xué)歷水平偏低，專業(yè)素養(yǎng)不高；設(shè)備安全因素包括設(shè)備更新不及時(shí)、設(shè)備待修率偏高；安全管理因素包括應(yīng)急管理不到位，應(yīng)急物資少?？偟膩?lái)看，研究對(duì)象1、2、3屬于開采條件相對(duì)較好的礦井，但作業(yè)設(shè)備水平、作業(yè)環(huán)境相對(duì)較差，安全管理投入不足，時(shí)有小事故事件發(fā)生。研究對(duì)象4、5的風(fēng)險(xiǎn)水平為中等，主要表現(xiàn)為：技術(shù)水平不達(dá)標(biāo)率與違章作業(yè)率水平相對(duì)較高；環(huán)境安全因素包括地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度高、采掘深度相對(duì)較深、礦井通風(fēng)系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)值比正常值偏離；安全管理因素包括安全管理制度不健全、組織機(jī)構(gòu)不合理、安全監(jiān)管不到位?？傮w上來(lái)說(shuō)，研究對(duì)象4、5的表現(xiàn)特征為開采條件較差、人員專業(yè)技術(shù)水平不高、安全綜合管理不強(qiáng)，人員傷亡率偏高。因此，煤炭企業(yè)管理者需要完善煤炭生產(chǎn)安全管理制度、優(yōu)化煤炭生產(chǎn)安全組織結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)員工專業(yè)技術(shù)水平、減少員工違章作業(yè)，及時(shí)更新現(xiàn)代化開采設(shè)備，提高煤炭企業(yè)應(yīng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的能力。

3 結(jié)論

1)構(gòu)建了由4類風(fēng)險(xiǎn)因素、13個(gè)二級(jí)安全指標(biāo)組成的煤炭企業(yè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。應(yīng)用熵權(quán)法和超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法相組合確定指標(biāo)的綜合權(quán)重，降低了評(píng)價(jià)的主觀性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)客觀。

2)利用集對(duì)分析的理論與方法對(duì)煤炭企業(yè)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算簡(jiǎn)便，思路清晰，較好地解決了評(píng)價(jià)中數(shù)據(jù)的不確定性問(wèn)題。該評(píng)價(jià)模型不僅能定量評(píng)價(jià)煤炭企業(yè)安全性等級(jí)結(jié)果，而且也能獲得各個(gè)子準(zhǔn)則層指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

3)將指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型進(jìn)行應(yīng)用分析，指出評(píng)價(jià)對(duì)象的安全狀況，并分析其存在的安全問(wèn)題，提出相應(yīng)的預(yù)控對(duì)策。為煤炭企業(yè)安全評(píng)估提供了一定的指導(dǎo)和參考。