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        基于模糊層次分析法的非金屬礦山安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)研究

        2020-07-13 08:44:22白世虎
        湖南有色金屬 2020年3期
        關(guān)鍵詞:非金屬礦磷礦分析法

        白世虎

        (宜昌市夷陵區(qū)應(yīng)急管理局,湖北宜昌 443000)

        湖北省磷礦資源豐富,儲(chǔ)量高居全國(guó)第一,其中尤以鄂西宜昌地區(qū)為主,儲(chǔ)量占全省儲(chǔ)量的70%以上,遍布有71家磷礦企業(yè)。然而隨著礦產(chǎn)資源的不斷開采,部分礦山的開采深度也逐年增加,開采環(huán)境愈加復(fù)雜,井下冒頂片幫等事故頻發(fā)。為有效應(yīng)對(duì)和預(yù)防事故的發(fā)生,文章在建立有效數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,選取三寧礦業(yè)挑水河磷礦的井下作業(yè)系統(tǒng),對(duì)其安全性進(jìn)行定量的分析,從而確定其安全性,為礦山今后的健康安全發(fā)展提供參考依據(jù)。

        1 非金屬礦山安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

        模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià),即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)[1,2]。其一般步驟如下。

        1.1 確定指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

        首先建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)集U,即目標(biāo)層:

        U={UA,UB,UC,UD,UE,UF,UG}={通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、…、安全管理},再建立準(zhǔn)則層:Ui=(Ui1,Ui2,……,Uij)。

        1.2 構(gòu)建權(quán)重向量

        采用層次分析法構(gòu)建好權(quán)重向量。目標(biāo)層的權(quán)重 W=(WA,WB,WC,WD,WE,WF,WG),準(zhǔn)則層的權(quán)重為 Wi=(Wi1,Wi2,Wi3,Wi4……Wij),在非金屬礦山生產(chǎn)作業(yè)安全評(píng)價(jià)中,不同的指標(biāo)具有不同的功能,對(duì)系統(tǒng)的安全度的貢獻(xiàn)也不同。因此需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。本研究采用業(yè)內(nèi)普遍使用且較為成熟的方法——層次分析法。

        層次分析法確定權(quán)重具體方法如下[3,4]:

        1.構(gòu)造判斷矩陣,建立表1所示的“1-9標(biāo)度法,問卷采用標(biāo)度法,對(duì)全部指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較。

        表1 層次分析法1-9標(biāo)度法

        2.確定權(quán)重,根據(jù)建立的判斷矩陣,采用“和積法”確定權(quán)重。

        1.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣

        建立適合的隸屬函數(shù)從而構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣。

        1.4 評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重的合成

        采用適合的合成因子對(duì)其進(jìn)行合成,并對(duì)結(jié)果向量進(jìn)行解釋。

        1.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

        根據(jù)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,可以構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣R。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)公式,可得:

        2 以三寧挑水河磷礦構(gòu)建非金屬礦山安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        指標(biāo)體系既是模型的核心,也是基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)嚴(yán)格遵守指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性,科學(xué)選擇指標(biāo)、選取和計(jì)算數(shù)據(jù),計(jì)算數(shù)據(jù)通過調(diào)查問卷獲取,本次調(diào)查問卷選取了46位長(zhǎng)期從事礦山生產(chǎn)安全和技術(shù)的專業(yè)人員參加。

        針對(duì)挑水河磷礦的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境,結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建的原則,對(duì)作業(yè)單元進(jìn)行了劃分,建立了包括通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、供電與通信系統(tǒng)、爆破系統(tǒng)、運(yùn)輸提升系統(tǒng)、采礦系統(tǒng)和安全管理制度七個(gè)板塊的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[5,6]。

        3 層次分析法確定挑水河磷礦安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

        根據(jù)各指標(biāo)的重要性的對(duì)比,通過matlab計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重,從而得到目標(biāo)層的判斷矩陣,見表 2[7,8]。

        在層次分析法中,CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比例,一般認(rèn)為當(dāng)CR<0.10時(shí),判斷矩陣具有令人滿意的一致性,而所得到的結(jié)果就是目標(biāo)層的判斷矩陣。

        根據(jù)所建立的判斷矩陣,求得其特征向量為W=[0.165 4,0.224 0,0.183 0,0.099 3,0.137 3,0.089 7,0.101 2]T,最大特征根為 λmax=7.189 4,CR為0.023 2。經(jīng)檢驗(yàn)判斷矩陣具有滿意的一致性。目標(biāo)層的權(quán)重值分別為 0.165 4,0.224 0,0.183 0,0.099 3,0.137 3,0.089 7,0.101 2。

        表2 一級(jí)指標(biāo)(目標(biāo)層)判斷矩陣

        在得出一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣后,運(yùn)用相同方法可求得因子層的權(quán)重,分別對(duì)其它指標(biāo)層進(jìn)行計(jì)算,得到:

        WA=[0.417 3,0.244 2,0.123 8,0.131 6,0.083 1]

        WB=[0.227 8,0.210 3,0.157 0,0.191 5,0.137 7,0.075 8]

        WC=[0.247 1,0.263 4,0.172 4,0.143 0,0.104 1,0.069 9]

        WD=[0.273 0,0.306 4,0.174 1,0.140 2,0.106 3]

        WE=[0.242 1,0.121 1,0.196 2,0.147 9,0.105 3,0.097 4,0.090 1]

        WF=[0.493 4,0.310 8,0.195 8]

        WF1=[0.285 7,0.285 7,0.285 7,0.142 9]

        WF2=[0.249 8,0.189 0,0.253 5,0.207 9,0.099 9]

        WF3=[0.325 7,0.356 4,0.193 6,0.124 3]

        WG=[0.215 7,0.290 8,0.219 7,0.166 0,0.107 8]

        CRA=0.042 1、CRB=0.053 2、CRC=0.049 2、CRD=0.045 4、CRE=0.032 0、CRF=0.051 6、CRF1=0、CRF2=0.045 4、CRF3=0.035 7、CRG=0.030 4,均具有令人滿意的一致性。

        由以上各判斷矩陣得到指標(biāo)體系及其權(quán)重。詳見表3。

        表3 指標(biāo)體系及其權(quán)重

        (續(xù)表3)

        4 對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

        按照確定的底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,可以組成各子系統(tǒng)的權(quán)重 A、B、C、D、E、F、G,則各系統(tǒng)的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,具體數(shù)值見表4。

        表4 R隸屬度情況

        得到每一個(gè)準(zhǔn)則層的模糊隸屬關(guān)系后,計(jì)算準(zhǔn)測(cè)層安全得分。計(jì)算方法為:

        首先計(jì)算各模糊矩陣相對(duì)于準(zhǔn)則層內(nèi)的評(píng)語集得分:

        其中,i=1~7;j為每個(gè)準(zhǔn)則層內(nèi)措施層的個(gè)數(shù),在A1、A2、……、A7中的個(gè)數(shù)分別為[5,6,……,5];aij為第i個(gè)準(zhǔn)則層內(nèi)的第j個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重,得到各準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)得分為(詳見表5):

        表5 準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)得分

        根據(jù)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,可以構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣R。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)公式,可得:

        解得 C1=53.54,C2=33.63,C3=10.09,C4=2.74。

        結(jié)果說明:對(duì)于評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí),相關(guān)領(lǐng)域?qū)<褻1%的人認(rèn)為可得4分,有C2%的人認(rèn)為可得3分,有C3%的人認(rèn)為可得2分,有C4%的人認(rèn)為可得1分,進(jìn)一步的,把4分、3分、2分、1分,作為4個(gè)檔次。令 Y=(4,3,2,1)T,所以綜合評(píng)價(jià)得分為:Z=BY,得到Z=4×C1%+3×C2%+2×C3%+1×C4%=3.379 66,可知安全性處于良好以上水平。表明該非金屬礦山地下開采的安全性較好,但也需要采取進(jìn)一步的防范措施,尤其是在通風(fēng)系統(tǒng)和采礦作業(yè)環(huán)節(jié),要采取必要的隱患排查治理措施,避免隱患事故的發(fā)生。

        5 結(jié) 論

        1.在分析非金屬礦山地下開采安全風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用模糊層次分析方法,較為客觀地反映該礦山地下開采安全狀況。

        2.通過問卷調(diào)查的方式對(duì)影響因素重要性進(jìn)行比對(duì),采取層次分析法對(duì)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算從而確定了各指標(biāo)權(quán)重,增強(qiáng)了權(quán)重的可信度,從而提高了安全評(píng)價(jià)的科學(xué)性與可靠性。

        3.根據(jù)該礦山地下開采模糊綜合安全評(píng)價(jià)的結(jié)果,為對(duì)其它類似礦山的安全管理提供了參考,同時(shí)可以指導(dǎo)今后非金屬礦山安全評(píng)價(jià)管理工作的順利開展。

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