趙鵬飛

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650031)

0 引言

煤炭是我國(guó)的主要能源[1]，截至目前，全國(guó)共有8 000多座煤礦，煤炭年產(chǎn)量接近40億t；在未來幾十年的能源供給體系中，煤炭將依舊保持一次能源的主體地位。因此煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系到煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家的能源安全。

煤炭工業(yè)發(fā)展迅速，但同時(shí)也伴隨著很大風(fēng)險(xiǎn)。2001-2016年，我國(guó)各生產(chǎn)領(lǐng)域共發(fā)生128 起特別重大事故，其中煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域便有67 起[2]。為了減少煤礦生產(chǎn)過程中的安全事故，應(yīng)及時(shí)采取預(yù)防措施，加強(qiáng)煤礦安全基礎(chǔ)工作，而安全評(píng)價(jià)是其中一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容。我國(guó)在煤礦安全評(píng)價(jià)方面的研究已經(jīng)取得不少成果，本文就煤礦安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜述，并對(duì)煤礦安全評(píng)價(jià)方法的發(fā)展趨勢(shì)作出展望。

1 煤礦生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)概述

1.1 安全評(píng)價(jià)的定義

安全評(píng)價(jià)主要以系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用不同的評(píng)價(jià)方法定量或定性地對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象存在的危險(xiǎn)因素和有害因素進(jìn)行識(shí)別、分析和評(píng)估，通過分析結(jié)果給出可行的、合適的安全對(duì)策。

1.2 影響煤礦生產(chǎn)安全的因素

煤炭產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展使得煤炭企業(yè)的數(shù)量和煤炭產(chǎn)量都在逐年上升，安全事故的數(shù)量也隨之增加。產(chǎn)生事故的原因是多方面的，就現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而言，地形地貌、煤層開采條件、瓦斯含量都會(huì)對(duì)煤炭開采工作產(chǎn)生巨大影響，但更主要的影響因素是管理制度、員工業(yè)務(wù)能力、設(shè)備技術(shù)的可靠程度等。煤礦安全評(píng)價(jià)對(duì)象及方法見表1。

表1 煤礦安全評(píng)價(jià)對(duì)象及方法

1.3 煤礦安全評(píng)價(jià)方法

我國(guó)煤礦企業(yè)采用的安全評(píng)價(jià)方法主要有安全檢查表法、事故樹分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始應(yīng)用于煤礦安全評(píng)價(jià)中。近年來多采用定量方式，經(jīng)數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，得到各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度及權(quán)重，再通過調(diào)整權(quán)重來確定評(píng)價(jià)對(duì)象是否處于安全狀態(tài)。以下分別介紹近幾年在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的評(píng)價(jià)方法。

1.3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

該方法主要以數(shù)學(xué)模糊理論為基礎(chǔ)，綜合考慮多個(gè)因素，對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬等級(jí)進(jìn)行綜合性評(píng)判。

該方法的優(yōu)勢(shì)在于層次性和系統(tǒng)性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果可以量化，適合非確定性問題。但也存在主觀性過強(qiáng)、需要確定隸屬函數(shù)、存在一定風(fēng)險(xiǎn)等缺點(diǎn)。王旭等[18]使用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)煤礦進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)此方法可以在數(shù)據(jù)不充分的條件下降低一般評(píng)價(jià)方法的主觀性，體現(xiàn)評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)過程的模糊性，能客觀地評(píng)定煤礦的安全狀況。也有學(xué)者將模糊方法與其他方法相結(jié)合[19]，以降低模糊評(píng)價(jià)的主觀性，使評(píng)價(jià)過程更為客觀。

1.3.2 結(jié)合TOPSIS法的評(píng)價(jià)方法

TOPSIS法是一種有限方案多目標(biāo)決策分析方法。在煤礦安全評(píng)價(jià)過程中，許多學(xué)者在進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重計(jì)算后多應(yīng)用TOPSIS法構(gòu)建相應(yīng)的模型并通過此方法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

TOPSIS法易于理解，計(jì)算快捷，適用于多目標(biāo)決策問題，但如果信息不全，則該法在評(píng)價(jià)過程中會(huì)存在一定的主觀性，不能正確決策。因此在使用該法的過程中需不斷改進(jìn)并與其他方法相結(jié)合，以盡可能提高其適用性。賈寶山等[20]將層次分析法(AHP)與TOPSIS法相結(jié)合，基于AHP法確定了各層指標(biāo)的重要度，同時(shí)利用TOPSIS法確定了礦井安全現(xiàn)狀等級(jí)。

1.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全評(píng)價(jià)中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法計(jì)算能力的不足，可以得到較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果，并且能提高安全評(píng)價(jià)的效率。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在煤礦安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用已非常廣泛，眾多學(xué)者使用該方法對(duì)煤礦進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)并取得了良好的效果[21-22]，其優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯：①優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)，降低了人工評(píng)價(jià)帶來的人為因素的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的安全評(píng)價(jià)；②缺點(diǎn)是運(yùn)算速度較慢，當(dāng)數(shù)據(jù)較多且分散時(shí)系統(tǒng)易癱瘓，需要采集大量數(shù)據(jù)樣本和具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，易陷入局部最優(yōu)，使得全局最優(yōu)解無法收斂。因此也有學(xué)者結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他方法對(duì)煤礦進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，如層次分析法、組合賦權(quán)[23]等。楊力等[24]將支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)算法用于煤礦安全評(píng)價(jià)中，此方法需要的樣本數(shù)量少且具有分類能力強(qiáng)、泛化能力強(qiáng)、計(jì)算速度快等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足。其他如遺傳算法、極限向量機(jī)算法、競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在煤礦安全評(píng)價(jià)中亦有應(yīng)用。

1.3.4 其他評(píng)價(jià)方法

模糊評(píng)價(jià)、TOPSIS、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是近幾年使用較多的安全評(píng)價(jià)方法，除此之外，還出現(xiàn)了其他定量方法：汪劉凱等[25]采用層次聚類分析法為煤礦本質(zhì)安全提供了決策依據(jù)；鄒德均等[26]利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法對(duì)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。

2 煤礦安全評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)及統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展，曾經(jīng)難以獲取的指標(biāo)或未曾發(fā)現(xiàn)的指標(biāo)被引入新的指標(biāo)體系中，使新的評(píng)價(jià)體系擁有更為豐富的數(shù)據(jù)。評(píng)價(jià)體系指標(biāo)主要反映煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的變化，如何使指標(biāo)更加合理、更加貼近實(shí)際，尚需進(jìn)一步研究。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，模擬礦井生產(chǎn)的復(fù)雜環(huán)境可以為煤礦安全評(píng)價(jià)提供更為精確的模型，將仿真技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全評(píng)價(jià)將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)語

煤炭工業(yè)作為我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，其安全問題是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在煤礦生產(chǎn)過程中，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，往往難以獲得第一手資料，導(dǎo)致對(duì)安全的綜合評(píng)價(jià)以及全面評(píng)價(jià)十分困難。安全評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為煤礦安全生產(chǎn)的參考依據(jù)，但是不能準(zhǔn)確判斷煤礦是否安全，尚需探索可以全面反映煤礦實(shí)際的評(píng)價(jià)方法和體系。