靳澤鵬, 趙江平,劉 茜
(西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院,西安 710055)
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家針對(duì)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開(kāi)了一系列研究,主要包括TOPSIS分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊層次分析、熵權(quán)-集對(duì)分析等[1-5]。盡管?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)于煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估取得了不少成果,但現(xiàn)有研究以安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析為主,少有煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和控制的研究。本文引入變權(quán)可拓理論[6-7],建立煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型,以期為煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防范工作提供理論支撐。
根據(jù)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)分析,結(jié)合《礦山安全法》和《煤礦安全規(guī)程》等相關(guān)法律法規(guī),并遵循科學(xué)性、原則性和可操作性等原則,參照指標(biāo)體系建立的相關(guān)研究[8-9],構(gòu)建煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系,如圖1所示。
圖1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系
根據(jù)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中預(yù)警指標(biāo)變化的敏感性差異,采用專(zhuān)家打分法對(duì)一級(jí)指標(biāo)及人員和管理的二級(jí)指標(biāo)按總分的排序構(gòu)造判斷矩陣A;采用可拓動(dòng)態(tài)權(quán)重法對(duì)設(shè)備和環(huán)境的二級(jí)指標(biāo)按指標(biāo)實(shí)測(cè)值距Ⅳ級(jí)值域的標(biāo)準(zhǔn)化距離排序構(gòu)造判斷矩陣A,結(jié)合層次分析法確定預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重wi。指標(biāo)權(quán)重確定流程如圖2所示,具體步驟如下:
1) 根據(jù)判斷矩陣計(jì)算重要性排序,同時(shí)求其最大特征根λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量。方程如下:
Aw=λmax·w
(1)
2) 計(jì)算一致性指標(biāo)。
(2)
3) 計(jì)算一致性比率。
(3)
若一致性比率CR≤0.1,則通過(guò)一致性檢驗(yàn)。
在可拓動(dòng)態(tài)權(quán)重法中,指標(biāo)實(shí)測(cè)值距Ⅳ級(jí)預(yù)警值域的標(biāo)準(zhǔn)化距離公式為:
(4)
L越小,說(shuō)明該項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)距離Ⅳ級(jí)預(yù)警值域越近,其風(fēng)險(xiǎn)敏感度越高,故其指標(biāo)權(quán)重也更大。
圖2 可拓理論與AHP相結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重流程
1) 經(jīng)典域物元。
(5)
式中:Rj為物元R的經(jīng)典域;Nj為煤礦風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中第j個(gè)預(yù)警等級(jí);ci為煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo);Vji為預(yù)警等級(jí)Nj關(guān)于ci的取值范圍,而aji和bji為該量值域的上界值和下界值。
2) 節(jié)域物元。
(6)
式中:Np為煤礦所有的預(yù)警等級(jí),Vpi為Ci在預(yù)警等級(jí)Np下的取值范圍,ap1和bp1分別為Ci在所有預(yù)警等級(jí)的上界值和下界值。
3) 待預(yù)警物元。
(7)
式中:Tt為待預(yù)警事物,Vi為T(mén)t關(guān)于預(yù)警指標(biāo)Ci的量化值。
單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)可通過(guò)構(gòu)造最優(yōu)點(diǎn)在區(qū)間中點(diǎn)的關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度,即關(guān)聯(lián)函數(shù)為:
(8)
式中:ρ(Vi,Vji)為點(diǎn)Vi到點(diǎn)Vji的距離,且:
(9)
系統(tǒng)預(yù)警的綜合關(guān)聯(lián)度為:
(10)
本文以S省某煤礦為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,該煤礦可采儲(chǔ)量0.96億t,礦區(qū)占地面積11.24 km2,年平均生產(chǎn)煤炭量120萬(wàn)t,地貌表現(xiàn)主要為黃土梁崗和河流階地區(qū),地形起伏變化小。本文通過(guò)對(duì)該煤礦相關(guān)資料整理和35位職工及管理人員走訪(fǎng)調(diào)研,獲取風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的實(shí)測(cè)值。
根據(jù)礦業(yè)領(lǐng)域雙重預(yù)防機(jī)制建設(shè)要求,將風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)劃分為4個(gè)級(jí)別,即Ⅰ級(jí)(低風(fēng)險(xiǎn))、Ⅱ級(jí)(一般風(fēng)險(xiǎn))、Ⅲ級(jí)(較大風(fēng)險(xiǎn))和Ⅳ級(jí)(重大風(fēng)險(xiǎn)),并結(jié)合煤礦與非煤礦山安全評(píng)價(jià)指導(dǎo)手冊(cè)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定預(yù)警等級(jí)的量值域[10]。
基于上述煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的預(yù)警等級(jí)和量值域,確定煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的經(jīng)典域物元Rj、節(jié)域物元Rp和待預(yù)警物元Rt,見(jiàn)表1。
根據(jù)專(zhuān)家打分法和可拓動(dòng)態(tài)權(quán)重法構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判斷矩陣,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重、關(guān)聯(lián)度和預(yù)警等級(jí),見(jiàn)表2。根據(jù)式(10)計(jì)算煤礦的綜合關(guān)聯(lián)度和系統(tǒng)預(yù)警等級(jí),見(jiàn)表3。
根據(jù)單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)與各預(yù)警等級(jí)的關(guān)聯(lián)度結(jié)果,所有預(yù)警指標(biāo)均低于Ⅳ級(jí)預(yù)警等級(jí),6項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)處于處于Ⅲ級(jí)預(yù)警等級(jí),8項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)處于Ⅱ級(jí)預(yù)警等級(jí),6項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)處于Ⅰ級(jí)預(yù)警等級(jí)。從系統(tǒng)整體來(lái)看,煤礦的綜合關(guān)聯(lián)度為(-0.020 1,0.031 7,-0.121 3,-0.486 4),即該煤礦處于Ⅱ級(jí)預(yù)警等級(jí)。
表1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的經(jīng)典域、節(jié)域和待預(yù)警物元
表2 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度
表3 煤礦綜合關(guān)聯(lián)度和預(yù)警等級(jí)
1) 根據(jù)指標(biāo)敏感性差異建立利用可拓理論和層次分析法的預(yù)警指標(biāo)動(dòng)態(tài)賦權(quán)方法,構(gòu)造了指標(biāo)實(shí)測(cè)值距Ⅳ級(jí)預(yù)警值域的標(biāo)準(zhǔn)化距離公式。
2) 應(yīng)用可拓理論建立煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型,利用可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)關(guān)于預(yù)警等級(jí)關(guān)聯(lián)度,根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度確定系統(tǒng)預(yù)警等級(jí)。
3) 以某煤礦為實(shí)例分析,得出單指標(biāo)預(yù)警等級(jí)和煤礦系統(tǒng)預(yù)警等級(jí)。驗(yàn)證了模型的適用性,為煤礦系統(tǒng)級(jí)預(yù)警提供了新的思路。