基于區間直覺模糊熵和變權理論的井工煤礦綠色礦山評價

靖培星，盧明銀，鞏維才，汪偉忠

(1.中國礦業大學徐海學院，江蘇 徐州 221008；2.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；3.安徽科技學院管理學院，安徽 鳳陽 233100)

基于區間直覺模糊熵和變權理論的井工煤礦綠色礦山評價

靖培星1，盧明銀2，鞏維才1，汪偉忠3

(1.中國礦業大學徐海學院，江蘇 徐州 221008；2.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；3.安徽科技學院管理學院，安徽 鳳陽 233100)

井工煤礦在煤炭資源開采中占有重要地位，建設發展綠色礦山是其未來要達到的基本要求。如何科學評價現有井工煤礦的綠色化水平是建設綠色礦山的關鍵問題，在這個過程中，科學合理的評價指標體系和權重分配至關重要。為了科學的分配權重，本文引用區間直覺模糊集和模糊熵，對專家系統的區間評判進行了精確化，更符合實際情況；同時引入變權理論確定最終權重，突出薄弱環節的制約作用，引導井工煤礦在綠色礦山建設上均衡發展，確定最終綠色礦山水平。最后通過算例驗證了其有效性，并對其未來建設綠色礦山提出了建設性意見。

井工煤礦；綠色礦山；評價指標體系；區間直覺模糊熵；變權理論；灰色聚類

在我國井工煤礦開采量占煤礦開采總量的90%左右，在煤炭資源利用中具有重要的地位，但在綠色礦山建設中，井工煤礦所占的比例偏低，在以后綠色礦山評選中加大井工煤礦所占比重是必然趨勢。所以，建立科學合理的井工煤礦綠色礦山評價指標體系，對井工煤礦綠色礦山建設水平進行科學評定具有重要的意義[1]。

黃敬軍等[2]從6個方面用36個評價指標對綠色礦山進行了評價；張德明等[3]從RESE四個體系，對綠色礦山進行了分析研究；信春華等[4]從井工礦井建設的全生命周期出發研究不同階段綠色礦山建設的重點，并對其進行了評價。閆志剛等[5]從礦山建設生命周期中污染源辨識入手，構建了適合我國現狀的綠色礦山評價指標。宋海彬[6]在綠色礦山評價中納入了財務指標、創新指標，注重了礦山的可持續發展能力等。同時，國內很多礦井也進行了綠色礦山建設的試點工作，在一定方面取得了突出的成績[7]。但綠色礦山評價是一個龐大的系統工程，現有評價指標體系過于寬泛，沒有考慮不同礦山之間的生產技術差異，同時，主觀因素占比大，量化不足，可操作性不強；在權重分配上沒有考慮專家評價過程中的不確定性和指標得分的差異程度，評價結果偏主觀片面。本文構建適用于井工煤礦的綠色礦山評價指標體系，引入區間直覺模糊集，根據指標體系的離散程度，運用變權理論對已分配的權重進行修正，力求評價結果更加客觀。

1 井工煤礦綠色礦山評價指標體系

本文以2010年國土資源部出臺《國家級綠色礦山建設基本條件》框架為基礎，綜合國內學者研究動態，同時考慮井工煤礦生產過程中的技術特點，以基本條件、規范管理、資源綜合利用與節能減排、技術創新、環境保護與土地復墾、企業文化與社區和諧六個方面為準則層構建井工煤礦綠色礦山評價體系，其中基本條件為綠色礦山建設的前提條件，具有一票否決權，不參與權重分配；各準則層包含具體評價指標。構建的評價指標體系見圖1。

圖1 井工煤礦綠色礦山評價指標體系

1.1 基本條件(B1)

基本條件是評價該礦山能否參與評價綠色礦山建設的門檻性指標，具有一票否決的權力，只有在完全符合或高于制定標準才可以參與井工煤礦的綠色礦山建設評價。具體指標：C11，證照齊全，依法經營開采；C12，三年內未發生重大安全事故，未受行政處罰；C13，符合開采規模和設計年限；C14，符合國家產業結構調整鼓勵、限制、淘汰技術目錄的要求。

1.2 規范管理(B2)

規范管理是保證井工煤礦企業正常有序運轉的基礎，在資源開發利用、環境保護、土地復墾、生態重建、安全生產和日常生產等方面的制度是否完善及制度的實施程度，直接關系到工作能否順利進行。具體指標：C21，各項規劃健全實施度；C22，管理規章制度完善度；C23，監督審核制度實施情況；C24，組織結構合理度；C25，礦山安全標準化創建和實施程度；C26，管理科學化和礦山數字化程度。

1.3 資源利用與節能減排(B3)

在井工煤礦綠色礦山建設過程中，應該最大程度地利用礦產資源、降低生產過程中的能耗及其他消耗、最大程度提高礦產伴生資源的利用率。結合井工煤礦的生產特點，主要指標：C31，開采回采率；C32，原煤入選率；C33，年抽采瓦斯利用率；C34，噸煤電耗；C35，噸煤水耗；C36，煤矸石等尾礦、低品味礦利用率；C37，礦井水利用率；C38，萬噸煤坑木消耗。

1.4 技術創新(B4)

技術創新是更新生產工藝，提升生產效率的重要途徑，只有不斷加強技術創新，才能不斷進步。結合井工煤礦的生產實際，選取綜合機械化采煤程度、綜合機械化掘進程度兩個指標代表井工煤礦的技術裝備率。具體指標：C41，綜合機械化采煤程度；C42，綜合機械化掘進程度；C43，開采作業科技水平；C44，技術創新投入比重；C45，技術人員比重；C46，綠色技術投入比重。

1.5 環境保護與土地復墾(B5)

環境保護程度與生態恢復程度是實施綠色礦山的重要內容。根據井工煤礦的主要污染類型，選取典型指標對污染情況進行描述；由于井工煤礦地下開采，易造成土地塌陷，對生態造成破壞，選取塌陷區土地復墾率指標、地質災害治理率指標，描述礦山對生態恢復做出的努力程度。具體指標：C51，環境保護“三同時”制度執行情況；C52，儲煤場粉塵指標；C53，廢水排放達標率；C54，采煤煤矸石產生量；C55，噪聲排放指標；C56，礦區綠化覆蓋率；C57，塌陷土地復墾率；C58，地質災害治理率；C59，有完備的閉坑后礦地利用方案，預設閉坑后礦地功能。

1.6 企業文化與社區和諧(B6)

良好的企業文化體現了一個企業的凝聚力，社區和諧穩定是企業更好生產的社會環境。結合企業文化建設的主要內容、煤礦企業對周邊社區的投入情況和社區對企業的支持情況設計指標。具體指標：C61，職工生活水平滿意度；C62，職工平均受教育年數；C63，職工對企業文化的認同度；C64，企業推行企業文化的力度和成效；C65，社區公眾對企業的滿意度；C66，公益事業投入比重；C67，基礎設施建設完善度。

2 綠色礦山的灰色變權聚類模型

2.1 評價指標灰類閾值及隸屬度的確定

參照《清潔生產標準—煤炭采選業》、《礦山生態環境保護與恢復治理技術規范(試行)》、《環境空氣質量標準》、《煤炭工業污染物排放標準》、《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標準(暫行)》、煤炭行業循環經濟發展目標、煤炭行業“十二五”規劃及國內外研究把井工煤礦綠色礦山評價體系中各個指標劃分為四個等級，即將井工煤礦綠色礦山水平分為“低”、“中”、“較高”、“高”四個水平，主觀定性指標結合專家打分適當給出灰類閾值[8-9]。依法辦礦中評價指標不參與權重的分配和閾值賦值。

利用中心點三角白化權函數的隸屬度確定方法和步驟[9]，確定各指標在不同灰類上的隸屬度分配。

2.2 基于區間直覺模糊熵的權重確定

直覺模糊集，不止定義了某指標的隸屬度，同時考慮其非隸屬程度，能較全面的表達信息的完整性，在不確定信息領域得到廣泛的應用。經過不斷改進，由Atanassov和Gargov提出了區間直覺模糊集的概念[10-11]。

3)定義3[13]。定義式(1)為區間直覺模糊集A的模糊熵。

(1)

在決策過程中，設專家集為C={C1，C2，…Cm}，評價指標集為A={A1，A2，…An}，專家Ci(i=1，2，…m)對評價指標體系的評價指標Aj(j=1，2，…n)的評價為區間直覺模糊集形式，根據式(1)可得到相應模糊熵。為盡可能的減少不確定信息造成的影響，可以構建以下非線性規劃模型。

(2)

對上述模型建立拉格朗日方程，分別對ωj和λ求導，見式(3)。

(3)

解方程并進行權重歸一化，得相應熵權值，見式(4)。

(4)

2.3 權重變權

(5)

式中：α是變權參數。在α實際選值時，若α>1/2，變權效果不明顯；0<α<1/2時變權效果明顯，且α取值越小，對缺陷的容忍程度越小。一般評價過程中，α取值為1/2。

2.4 井工煤礦綠色礦山的灰色聚類模型

(5)

3 算 例

3.1 算例計算過程

取河南某井工煤礦為例說明方法的有效性和客觀性。各指標分類的灰類閾值和實際值見表1。

表1 河南某井工煤礦綠色礦山指標數據及處理

以準則層為例說明權重確定的計算過程。設5位專家對準則層的重要度評價集合為M，其中M為區間直覺模糊集形式。由定義3，得出準則層的區間直覺模糊熵矩陣E=[0.665 0.274 0.590 0.246 0.647]。由于熵的數值與相應區間模糊集的模糊性具有反向作用，所以熵越小，對應的權重越大。求解非線性規劃方程組(2)，并用式(4)歸一化可以得出準則層熵權值矩陣W=[0.121 0.293 0.13 0.327 0.124]。同理，可得三級指標的權重分配。根據礦山的實際數據和指標值的取值范圍，將原始指標值進行歸一化，利用變權理論綜合式(5)，α取值為1/2，對三級評價指標的權重進行修正，最終變權權重分配見表2。

表2 井工煤礦綠色礦山評價指標體系權重分配表

根據式(6)，分別計算出該礦山在熵權和變權兩種情況下在各個灰類上的隸屬度，評價結果見表3。

表3 兩種權重情況下評價結果比較

3.2 評價結果分析

從評價結果看，該礦山整體綠色礦山水平為中等水平，但在總體評價結果“中”、“較高”和“高”三個灰度中得分差距不大，說明該礦在綠色礦山建設中存在發展不均衡現象。通過準則層的評價結果可知，B3、B4在熵權和變權兩種權重下差異性明顯，說明該礦山在資源利用和技術創新兩項中有些指標達到行業先進水平。比如，該礦在煤矸石等的利用方面，利用煤矸石建造低碳生態公園、轉產水泥等，做了合理的嘗試，取得了很好的經濟和社會效益。但有些指標離綠色礦山的標準還有不少差距，比如，該礦在煤炭生產過程中對原木的消耗過高、采煤過程中煤矸石的含量過高等技術問題同樣值得我們重點關注。通過變權理論的修正，提高了這些薄弱環節的權重，更加突出薄弱環節在綠色礦山評價中的制約作用，促使綠色礦山建設均衡發展。說明評價過程的科學性和客觀性。

4 結 論

1)以《國家級綠色礦山建設基本條件》框架為基礎，構建井工煤礦綠色礦山評價指標體系，包括6個二級指標和40個三級指標，基本條件作為門檻級指標，不參與權重分配?？紤]到專家評價過程中的不確定性，為使評價結果更具有客觀性，對其余36個指標建立了區間直覺模糊熵的權重確定方法，并用變權理論對所得權重進行修正。

2)采用灰色聚類對井工煤礦綠色礦山建設水平進行評價，根據隸屬度的大小確定綠色礦山建設等級。在各個指標水平參差不齊情況下，利用變權理論突出薄弱環節的制約作用，使評價結果更加科學客觀，指導礦山建設均衡發展。通過河南某礦數據，驗證了理論的有效性。

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Evaluation of underground coal mining green mine based on interval-valued intuitionistic fuzzy entropy and contingency theory

JING Peixing1，LU Mingyin2，GONG Weicai1，WANG Weizhong3

(1.Xuhai College，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221008，China；2.Shool of Mines，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221116，China；3.School of Management，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China)

Underground coal mining plays a significant role in coal resource exploitation，with the establishment and development of green mine as the basic requirement in the future.How to scientifically evaluate the green level of underground coal mining is the key to green mine construction.During this process，reasonable evaluation index system and weight distribution are crucial.In order to make the weight distribution more scientific and accord with reality，interval-valued intuitionistic fuzzy entropy is introduced and applied to the precision of the interval evaluation of expert system.Meanwhile，the paper adopts contingency theory to confirm the final weight as well as highlight the restrictive impact of weak links，leading underground coal mining on the road of green mine development in a balanced way.All these contribute to the level of green mine.At last，the effectiveness is verified by way of numerical instances.Constructive advices are put forward for future green coal establishment.

underground coal mining；green mine；evaluation index system；interval-valued intuitionistic fuzzy entropy；contingency theory；gray clustering

2016-04-28

靖培星(1988-)，男，助教，碩士，從事礦山系統工程方向研究，E-mail：jpxatjz@163.com。

盧明銀(1964-)，男，教授，博士，從事礦山系統工程方向研究，E-mail：lmy81@163.com。

N945.16

A

1004-4051(2016)12-0059-05