模糊綜合評價模型在非煤礦山安全標準化中的應用研究

陶婷婷，王 志，胡東濤

(中鋼集團武漢安全環保研究院，湖北 武漢 430081)

面對現代安全生產管理模式的發展，2004年，《國務院關于進一步加強安全生產工作的決定》指出，要制定和頒布重點行業、領域安全生產技術規范和安全生產工作標準，在全國所有工礦、商貿、交通運輸、建筑施工等企業普遍開展安全標準化活動。2010年7月19日國務院發布的《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》進一步強調了“全面開展安全達標”。非煤礦山作為高危行業之一，據統計，2001～2010年，全國非煤礦山累計發生事故16791起，死亡21251人，平均年發生事故1679起，死亡2125人。因此，研究和制定金屬非金屬礦山安全生產質量標準，并將其模塊化、標準化，增強其可操作性，是促進礦山安全監管手段創新，逐步實現對礦山企業安全生產依法監管的技術保障。

至今，安全標準化規范已推行三年，研究發現非煤礦山安全標準化系統存在一定的問題。如金屬非金屬礦山安全標準化規范運行控制的范圍僅僅是主要工藝過程和關鍵設備的運行和維護，缺失了各種輔助作業及后勤、行政辦公等存在不可接受風險的其他作業和活動。另有，評定指標針對各元素的賦值過于剛性，缺乏一個可選擇的范圍。基于這些問題，本文建立了模糊數學綜合評價模型彌補這一不足，使安全標準化系統更能滿足企業的綜合管理要求。

1 模糊綜合評價方法介紹

模糊數學誕生于20世紀70年代，模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法。該綜合評價法根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。它具有結果清晰、系統性強的特點,能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決，現已廣泛應用于經濟、水利、氣象、機械、礦山等行業的綜合評價決策[1-3]。

由于礦山生產工藝復雜、作業環境條件差、事故發生概率高于其他生產企業，為了預防礦山事故的發生，必須對其生產過程的每個環節進行危險性和安全評價。評價系統的各因素都具有不確定性、隨機性和模糊性，還涉及到評價人員的心理因素和所具備的信息量，這就使得安全指標的確定出現不精確[4]。為了更科學地確定評價指標的安全度值，采用模糊綜合評價法，利用模糊數學的原理，把安全評價中不確定的因素采用專家打分法進行量化，通過使各評價指標權重更加符合工程實際，實現對礦山安全的多層次綜合評價，彌補安全標準化系統存在的不足。

2 建立模糊綜合評價模型

在安全標準化系統14個元素的基礎上[5]，結合礦山企業的實際情況建立模糊綜合風險評價模型，對礦山企業的安全管理評定出一個等級，與標準化評定標準定出的等級進行比較分析，修正模型，具體的思路如圖1所示[6-9]。

圖1 建模思路

2.1 建立評價等級集合V

V={v1,v2,…,vn},一個等級對應一個模糊子集，一般情況下評價等級數n取[3，7]中的整數，由于標準化評定標準把礦山企業分為5個等級，因此，n也取5。

2.2 建立評價對象因素集合U

U={u1,u2,u3,…,um}，評價對象因素集合U就是m個評價指標的集合。評價指標的選取要滿足評價對象的完備性、獨立性、可行性以及通用性4個基本原則。

2.3 確定一級指標評價因素的權向量A

A=(a1,a2,…,am)m=5，結合安全標準化評定標準的給分對一級指標進行給分，并作歸一化處理得到一級指標權向量A=(a1、a2、a3、a4、a5)。

2.4 確定二級指標評價因素的權向量Ai

A1=(a11,a12,a13,a14,a15,a16,a17,a18)

A2=(a21,a22,a23,a24,a25,a26)

A3=(a31,a32,a33,a34,a35)

A4=(a41,a42,a43,a44,a45,a46)

A5=(a51,a52,a53,a54,a55,a56)

2.5 建立單因素模糊評價矩陣

由U、V之間關系得出評價矩陣R：對U中ui作單因素評判，從因素ui來確定評語集Vj(j=1,2,3,4,5…，n)的隸屬度rij，這樣就得到ui的單因素評價集Ri={ri1,ri2,ri3,…,rin}；U中所有因素的評價集為矩陣R。因此確定評語等級論域V={好(安全)，較好(較安全),一般(安全性一般)，不好(較危險)，差(很危險)}(圓括號內外的評語等同,在檢查統計表中分別用1,2,3,4,5來表示)。這個階段邀請10名礦內比較熟悉的專家對各個二級指標進行打分。根據專家打分情況建立單因素評價矩陣R1。

單因素評價：

Bn=AiRn(n=5)

(1)

2.6 進行多層次綜合評價

確定評價結果B集合

(2)

3 實例驗證

廣西某礦業有限公司是桂東南地區最大的鉛鋅礦生產基地，公司下轄古益、河三兩個獨立采選單位和蒼梧縣有色金屬冶煉公司冶煉單位。

礦區屬廣西佛子沖-河三鉛鋅礦田的一部分，全礦分為河三和佛子沖兩個礦區。礦山上部無村莊，礦區總面積13.285km2，采選能力合計為1500t/d，主要產品是鉛、鋅精礦，并附產銅精礦，綜合回收銀。礦山開采方式為地下開采，采礦方法視礦體實際情況采用空場采礦法、充填采礦法和崩落采礦法。古益尾礦庫(設計)服務年限30a；河三尾礦庫(設計)服務年限10a。主要采礦生產工藝流程：回采工作面采用風鉆鑿巖，爆破放礦，人工控制漏斗閘板放礦裝車或用裝巖機裝到礦斗車，礦石用有軌電機車拉運至各中段溜井或斜井調車場，再提升到主平硐，運至地面貯礦場。古益礦區設有一個地面炸藥總庫和兩個井下炸藥臨時庫，河三礦區設有兩個井下炸藥臨時庫，由地面炸藥總庫向各井下炸藥臨時庫提供炸藥。地面炸藥總庫最大庫存量為30t，日使用量為1t，井下炸藥臨時庫最大庫存量為2t。

3.1 建立評語等級

根據標準化等級劃分，暫不考慮百萬工時傷害率和百萬工時死亡率，建立的評語等級為V={安全、較安全、一般、較危險、危險}，并對其賦值為V={0.95，0.80，0.65，0.55，0.45}[10]。

3.2 建立評價對象因素集合

基于評價指標的選取原則，結合安全標準化地下礦山評定標準的14個元素，m=5，確定了如圖2所示的評價對象。

圖2 礦山風險因素評價指標

3.3 確定一級指標評價因素的權向量A

基于鉛鋅礦的實際安全狀況，結合非煤礦山安全標準化評定標準，確定了各一級指標的權重分值，并作歸一化處理確定了一級指標的權向量見表1。

A=(0.2690，0.1403，0.2079，0.2211，0.1617)

3.4 確定二級指標評價因素的權向量Ai

與一級指標用同樣的方法，確定了二級指標權向量見表1。

A1=(0.0705，0.0920，0.2116，0.3497，0.0675，0.0859，0.0613，0.0613)

A2=(0.1765，0.1765，0.1765，0.1765，0.1765，0.1176)

A3=(0.2143，0.0794，0.2143，0.2301，0.2619)

A4=(0.2015，0.2015，0.2015，0.1493，0.1493，0.0746)

A5=(0.1020，0.2347，0.1224，0.1224，0.1224，0.1939)

表1 指標體系及權重賦值

3.5 進行單因素模糊評價

根據評語等級采用專家打分法建立單因素評價矩陣Ri如下列：

代入公式(2)得：

B1=A1R1=(0.1411，0.2656，0.4119，0.1574，0.0239)

B2=A2R2=(0.0883，0.2706，0.4824，0.1588，0)

B3=A3R3=(0.0818，0.3127，0.4492，0.1135，0)

B4=A4R4=(0.0575，0.2105，0.5112，0.1784，0.0202)

B5=A5R5=(0.1834，0.2425，0.4096，0.0468，0)

3.6 進行多層次綜合評價，確定B

將A、R代入公式(2)得：B=(0.1105，0.2602，0.4511，0.1352，0.0109)

為了便于比較將上述評價結果轉化成分值得：

F=B×V=0.1105×95+0.2602×80+0.4511×65+0.1352×55+0.0109×45=68.65

3.7 與安全標準化自評等級進行對比分析

綜上，該礦的安全等級為三級即安全狀況為一般，和非煤礦山安全標準化自評等級是一致的，但是模糊綜合評價模型比評價標準更簡便、易行，可見該礦山安全狀況還欠理想，不能掉以輕心，應嚴防事故的發生。建議該礦立即進行安全大檢查，排除各種隱患，提高安全管理水平。

4 模型程序實現

為了使本模糊綜合評價模型具有更廣泛的應用，本文采用了visual C++語言對模型進行編程。

企業經過授權后輸入用戶名和密碼即可登錄軟件開展安全標準化的自評。自評時各個礦山企業可根據實際情況采用本程序進行專家打分評價，簡便易行。

5 結 論

模糊綜合評價模型指標體系從管理風險因素、設備風險因素、工藝風險因素、環境風險因素、應急和事故風險因素五個方面來考慮，能全面地反應礦山安全狀況，為客觀的評價打下了基礎。模糊綜合評價模型在非煤礦山安全標準化評定標準的基礎上改進了其指標體系，使得礦山安全評價更得簡單、易行，使得安全標準化系統的自評變得簡便、易行。

模糊綜合評價模型突出了某些重要因素，適當考慮了其他影響因素，但是模型缺少具有否決項的因素，這種因素的處理還有待于更進一步的研究。另外模糊綜合評價模型仍未能改變安全標準化系統評價受專家水平的影響，在建立模型時仍基于專家打分確定權值，更加客觀的權值確定方法有待進一步研究。

[1] Zimmermann,H.J.Fuzzy Programming and Limear Programming with several objective functions[J].fuzzy sets and systems,1978(1):46-55.

[2] 楊倫標，高英儀.模糊數學原理及應用[M].2版.廣州：華南理工大學出版社,1992.

[3] 陳守煜.系統模糊決策理論及應用[M].大連：大連理工大學出版社，1994.

[4] 吳麗萍，吳世躍，郭勇義.模糊數學在礦山安全綜合評價中的應用[J].太原理工大學學報，2006，37(2)：130-133.

[5] 國家安全生產監督管理總局.金屬非金屬礦山安全標準化規范[S].AQ2007.1-2007.5.

[6] 謝正文，孔凡玉.基于熵技術的礦山安全模糊綜合評價[J].中國計量學報，2007，18(1)：80-82.

[7] 陳盎光.模糊灰色在安全評價中的應用[J].礦業安全與環保，2006，33(1)：82-85.

[8] 麗萍，吳世躍，郭勇義.模糊數學在礦山安全綜合評價中的應用[J].太原理工大學學報，2006，37(2)：131-134.

[9] 鄭賢斌，陳國明.基于煙技術的石化企業安全模糊綜臺評價方法研究[J].中國安全科學學報，2004，14(2)：109-112.

[10] 金屬非金屬地下礦山安全標準化評定標準(試行).