張學群

(山西古縣金谷煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042400)

1 前言

“一通三防”是煤礦安全生產(chǎn)過程中礦井通風、防治瓦斯、防治煤塵、防治火災的簡稱[1-2]，據(jù)統(tǒng)計，2009—2016年全國煤礦重大及重大以上的事故中，大部分事故是由瓦斯、煤塵、火災所致[3]，而這三種礦井災害又都與礦井通風有著緊密的聯(lián)系，因此對“一通三防”系統(tǒng)進行安全評價是煤礦安全評價中的重中之重[4]。目前常用煤礦安全評價方法主要有專家打分法、層次分析法、模糊綜合評價法、功效系數(shù)法、風險矩陣法等，在常用的這些評價方法中，層次分析法是相對較為簡單的一種評價方法，在此方法上建立起來的煤礦安全評價案例有很多。曹凱等[5]基于層次分析法建立了煤礦通風系統(tǒng)安全評價模型，對礦井通風系統(tǒng)安全進行了評價。在此方法上也延伸出了改進后的方法，如區(qū)間層次分析法、改進模糊層次分析法等。區(qū)間層次分析法是從傳統(tǒng)層次分析法上優(yōu)化而來的，該方法采用區(qū)間代替點的方法，降低了層次分析法因主觀因素導致的不確定性，目前應用比較多。劉芮葭[6]通過區(qū)間層次分析與灰色理論相結(jié)合的安全評價方法，對煤礦瓦斯爆炸危險性進行了分析評價。改進模糊層次分析法也是對傳統(tǒng)層次分析法的改良，通過運用不同的數(shù)學方法使得該方法相比傳統(tǒng)的計算結(jié)果更加精確，方法也更加簡潔，應用范圍也比較廣泛。張夢雅等[7]基于改進模糊層次分析法建立煤礦煤塵爆炸危險性評價指標體系，對煤礦煤塵爆炸危險性進行了評價。

綜上，專家學者大多都將這些評價方法應用于一通三防系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的安全評價中，但對于一通三防系統(tǒng)整體安全評價的研究很少。因此，本文基于改進模糊層次分析法，建立煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系，并將該方法應用到山西省某礦，對該礦一通三防系統(tǒng)安全進行了評價，并提出了針對性改善意見，為煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價提供了一個較好的評價思路。

2 改進模糊層次分析法模型在一通三防安全評價中的應用

2.1 建立改進模糊層次分析法模型確定權(quán)重

(1)建立層次結(jié)構(gòu)體系，將結(jié)構(gòu)體系分為A層指標、B層指標、C層指標，并對各層指標標號，建立系統(tǒng)評價體系。

(2)通過0.1～0.9的5標度法[8](見表1)，根據(jù)各指標之間的相對重要程度，構(gòu)造優(yōu)先判斷矩陣F=(fij)n×n，i,j=1,2,…,n，其中fij與fji互補，可知fij<1，fij+fji=1，fii=0.5。該矩陣為模糊互補矩陣。

表1 0.1～0.9的5標度法

(5)進行和行歸一求得排序向量。

W(0)=(w1,w2,…,wn)T=

2.2 建立煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系

針對不同的系統(tǒng)安全評價體系，改進模糊層次分析法計算出的結(jié)果都是權(quán)重向量，而其起始步驟則是構(gòu)建針對某一具體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)體系。煤礦一通三防系統(tǒng)包括通風系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)、防瓦斯系統(tǒng)和防火系統(tǒng)[9]，可將對這些子系統(tǒng)的評價作為一級指標，將各個子系統(tǒng)的影響因子水平或情況作為二級指標，如通風系統(tǒng)情況、瓦斯情況等[10]，將通風分為3個評價指標，防塵分為7個評價指標，防瓦斯分為3個評價指標，防火分為2個評價指標，建立起煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系，具體見表2。

表2 煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系

3 煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級的確定

3.1 規(guī)定煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級劃分

要對煤礦一通三防系統(tǒng)安全進行評價，還要明確其安全評價等級。依據(jù)煤礦設計規(guī)范，結(jié)合煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系中各指標的情況和水平，采用百分制對煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價水平進行綜合評分，可將一通三防安全評價等級劃分成五個等級，分別是非常危險、較危險、一般、較安全、非常安全。其中非常危險與較危險的評分區(qū)間較大，各為30分；一般與較安全的評分區(qū)間較小，各為15分；非常安全的評分區(qū)間最小，為10分。這種劃分雖然不是等區(qū)間劃分，但在將專家對影響因子的評分轉(zhuǎn)化為對整個一通三防系統(tǒng)安全評價的過程中該劃分法更具有科學性，具體劃分情況見表3。

表3 煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級劃分

3.2 確定煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級

由于以上方法計算出來的權(quán)重是下一層指標相對于本層指標的權(quán)重，無法直接通過通風系統(tǒng)情況、局部通風情況、綜合防塵措施水平等影響因子水平對礦井整體的一通三防系統(tǒng)安全進行評價，因此，要想通過定性- 定量的方法評價煤礦一通三防系統(tǒng)安全，還需要將其轉(zhuǎn)化成最底層指標相對于整個一通三防系統(tǒng)安全指標的相對權(quán)重。通過改進模糊層次分析法確定B層指標相對于A層指標的權(quán)重、C層指標相對于B層指標的權(quán)重以后，根據(jù)其隸屬關(guān)系，可得到C層各指標相對于A層指標的相對權(quán)重Qi，由于對具體系統(tǒng)安全評價中定性的評價方法是不可或缺的，故需要結(jié)合具體礦井一通三防系統(tǒng)的情況，根據(jù)專家對C層各指標情況或水平的打分Fi，通過式(1)綜合計算得出該礦井一通三防系統(tǒng)安全評分F，然后根據(jù)表2評定其安全等級。

(1)

4 應用實例

4.1 礦井概況

以山西省某礦為例，該礦井田面積8.506 2 km2，設計生產(chǎn)能力60萬t/a，核定生產(chǎn)能力90萬t/a，礦井設計可采儲量2 553萬t、目前剩余儲量2 334萬t，批準開采2～11號煤層，現(xiàn)開采9+10號、11號煤層。礦井通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。由主斜井、副斜井進風，回風斜井回風?；仫L斜井現(xiàn)安裝2臺同等能力的FBCDZ№21/2×220型對旋防爆抽出式軸流通風機，1臺工作，1臺備用。礦井水文地質(zhì)類型為中等，低瓦斯礦井，煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，自燃煤層。

4.2 改進模糊層次分析法計算評價體系權(quán)重

首先，結(jié)合經(jīng)驗與專家的分析[11]，利用0.1～0.9的5標度法，根據(jù)各指標之間的相對重要程度列出各層指標之間的優(yōu)先判斷矩陣，A-B、B1-C、B2-C、B3-C優(yōu)先判斷矩陣如下：

重復上述步驟，同理可得：

B1-C權(quán)重向量：WB1-C=(0.477 91,0.314 77,0.207 32)T

B2-C權(quán)重向量：WB2-C=(0.210 27,0.139 45,0.139 45,0.139 45,0.139 45,0.139 45,0.092 49)T

B3-C權(quán)重向量：WB3-C=(0.428 57,0.285 72,0.285 72)T

B4-C權(quán)重向量：WB4-C=(0.600 00,0.400 00)T

4.3 定量計算煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級

通過改進模糊層次分析法計算出各層指標相對上層指標的權(quán)重向量后，根據(jù)隸屬關(guān)系，通過計算可以得到C層指標相對A層指標的權(quán)重，以C1指標為例，其相對A層指標的相對權(quán)重為C1相對B1的權(quán)重與B1相對A的權(quán)重的乘積，即Q1=0.477 91×0.324 99=0.155 32。

C層各指標相對權(quán)重計算結(jié)果見表4。

表4 C層指標相對權(quán)重

由于使用改進模糊層次分析法，其計算出來的權(quán)重向量結(jié)果轉(zhuǎn)化后變成各個影響因子的相對權(quán)重，該結(jié)果要結(jié)合現(xiàn)場工作人員或者專家的打分才能給出定量的評價結(jié)果。結(jié)合表3中對煤礦一通三防系統(tǒng)安全評價等級的劃分，通過10位專家以及10位現(xiàn)場工作人員對該礦一通三防各個子系統(tǒng)的影響因子指標進行逐一打分，并對這些分值取平均值作為各影響因子指標的評分，評分情況見表5。

表5 該礦一通三防系統(tǒng)安全評價體系C層指標打分情況(百分制)

通過專家對各個影響因子水平和情況進行打分，將C層每一個指標的相對權(quán)重與專家打分相乘可得出C層各指標的相對權(quán)重分值，各指標相對權(quán)重分值見表6。

表6 C層各指標相對權(quán)重分值

結(jié)合表2可知，78.241 6所在評分區(qū)間為75～90，更靠近75分，因此該礦“一通三防”系統(tǒng)安全評價等級為較安全，且更偏向于一般的評價等級，說明在某些指標上還存在一定的不足，可以優(yōu)先對相對權(quán)重大且評分相對較低的指標進行針對性的改善，如滅火系統(tǒng)情況(C14)相對權(quán)重為0.105 01，其專家打分為70，安全監(jiān)控情況(C13)相對權(quán)重為0.092 86，其專家打分為76，二者均為權(quán)重相對較大，但其評分低于整體評分水平，因此可對其進行優(yōu)化處理，從而能夠更快地提高礦井“一通三防”系統(tǒng)安全水平。

5 結(jié)論

(1)改進模糊層次分析法相比傳統(tǒng)層次分析法，由于其所用到的數(shù)學方法有所不同，在方法簡潔的優(yōu)點基礎上，通過改進模糊層次分析法計算出來的評價體系各指標的權(quán)重會更加準確，有利于提高后續(xù)對煤礦“一通三防”系統(tǒng)的安全評價的準確性。

(2)采用模糊層次分析法也是要結(jié)合專家打分的方法，在定性的基礎上進行定量的計算，將計算結(jié)果再進行定性，經(jīng)過“定性—定量—定性”的過程之后，降低了主觀因素造成的不確定性，所得的結(jié)果更加符合實際。

(3)將該方法應用于山西省某礦，計算出各指標相對整個煤礦“一通三防”系統(tǒng)安全的相對權(quán)重，結(jié)合專家對這些指標所給的分數(shù)，定量計算出該礦“一通三防”系統(tǒng)最后的安全評分為78.241 6，根據(jù)劃分的系統(tǒng)安全評價等級，該礦“一通三防”系統(tǒng)安全等級最后評定為較安全。結(jié)合上面計算出的指標相對權(quán)重與其所得分值，若要提高該礦“一通三防”系統(tǒng)安全，可對權(quán)重較高但評分相對較低的指標進行針對性的改善。