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)

近年來國(guó)內(nèi)外專家針對(duì)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開了一系列研究，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]。盡管國(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。

1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系

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

2 基于變權(quán)可拓理論的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型構(gòu)建

2.1 可拓理論與AHP相結(jié)合的指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)煤礦生產(chǎn)過程中預(yù)警指標(biāo)變化的敏感性差異，采用專家打分法對(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

2.2 經(jīng)典域、節(jié)域和待預(yù)警物元的確定

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Tt關(guān)于預(yù)警指標(biāo)Ci的量化值。

2.3 單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)對(duì)單項(xiàng)預(yù)警等級(jí)關(guān)聯(lián)度的確定

單項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)可通過構(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)

2.4 系統(tǒng)預(yù)警等級(jí)綜合關(guān)聯(lián)度的確定

系統(tǒng)預(yù)警的綜合關(guān)聯(lián)度為：

(10)

3 實(shí)例應(yīng)用

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。本文通過對(duì)該煤礦相關(guān)資料整理和35位職工及管理人員走訪調(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，見表1。

根據(jù)專家打分法和可拓動(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)

4 結(jié) 語

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。