基于改進層次分析法的煤礦應急管理體系評價

吳林林

（山西焦煤霍州煤電汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 霍州 031400）

0 引言

礦井應急管理體系的建立和完善是保障礦井生產安全、降低事故發生風險和降低災難損失的基礎[1]。對應急管理體系脆弱性的平均，涉及到人員、物資、環境以及管理等多方面的因素，合理確定各因素所占權重，有助于發現管理體系中的薄弱環節，提出相應的改善措施有著重要的意義。對于權重的確定方法，常用的有最大權原則、二項系數法、層次分析法和最小平方法等[2-3]，各方法具有其優劣，結合實際條件，考慮到礦井應急管理體系具有層次性的特點，本文以層次分析法為基礎，結合群決策和灰色理論，對層次分析法進行改進，有效避免了層次分析法的主觀性和偶然性，為煤礦建立合理的應急管理體系提供理論依據。

1 影響因素分析

根據礦井生產實際，認為影響煤礦應急管理體系的主要有4個一級因素和17個二級因素，根據層次分析結構，建立評價指標體系圖，如圖1所示。

1）人的脆弱性：礦井生產管理人員是影響應急管理的主要因素，工作人員的生理和心理狀況、安全意識、技術能力以及應急素質都對礦井應急管理有著一定影響，生理和心理狀況越差、安全意識越淡薄、技術能力越低、應急素質越不好，礦井應急管理體系也就越脆弱；

圖1 煤礦應急管理脆弱性評價體系圖

2）物資脆弱性：影響煤礦應急管理體系的主要物資包括礦井監測和報警系統、應急裝備物資、個人防護裝置、救護設備以及消費設施5個，相關物資設備越不完善，管理維護越差，應急管理體系也就越脆弱；

3）環境脆弱性：礦井所處環境對應急管理體系也有一定影響，主要包括地理環境、區域微氣候以及工作區域3項；

（4）管理脆弱性：科學有效的管理措施是影響礦井應急管理的重要因素。制定合理的管理體系，能夠有效保障礦井生產安全，最大程度的降低事故發生后的損失。主要包括應急機構及分工、應急對策及法規、應急演習培訓和應急救援咨詢4項。

2 應急管理體系脆弱性評價

2.1 構建判斷矩陣

根據上述分析，確定影響煤礦應急管理體系脆弱性的主要因素，下面利用層次分析法、群決策和灰色理論構建評價矩陣，對應急管理體系的脆弱性進行評價。

假設共有m位專家，利用1-9標度法，對各影響因素兩兩比較，建立判斷矩陣，與常規層次分析法不同，此處并不給出具體的標度值，只是給出一個標度區間灰數，得到每位專家的灰數判斷矩陣如式（1）所示。

式中，A（k）（?）為應急管理體系脆弱性評價矩陣；(?)為第k為專家對第i，j個指標比較后給出的灰數值，（k=1,2，…，m），（i=1,2，…，n），（j=1,2，…，n）；n為同級指標的個數。根據相關理論，有(?)=1，(?)·(?)=1，(?)∈（(?)(?)）(?)(?)分別為灰數的下限和上限。

根據式（1），構建各級指標的群體灰數判斷矩陣，如式（2）所示。

式中：A（?）為應急管理體系群體灰數判斷矩陣；αij(?)為m位專家對第i，j個指標比較后的綜合灰數值，且有 αij(?)分別為下限和上限。

根據加權幾何均值算法，下限和上限可以表示為：

式中：wk為第k位專家占m為專家總體判斷的權重。

對上述灰數判斷矩陣進行白化，可得白化矩陣如式（5）所示。

式中：A%（?）為白化矩陣；α%ij(?)為第 i，j個指標相比較所得灰數的白化值；ρij為灰數判斷矩陣的定位系數，且有 ρij∈[0,1]，ρij=1-ρji，（i=1,2，…，n）（j=1,2，…，n）。

2.2 白化矩陣一致性檢驗

為了檢驗上述白化矩陣的可靠性，對其進行一致性檢驗，其檢驗公式如式（7）、（8）所示。

式中：CI為矩陣的一致性檢驗指數；λmax為矩陣的最大特征值；N為矩陣的階數；CR為一致性比率；RI為隨機一致性指標，其取值見表1。

表1 隨機一致性指標RI取值

當式（8）所得一致性比率CR＜0.1時，則所得白化矩陣較為可靠，評價結果是相對準確的，否則，則需要對白化矩陣進行調整，直至一致性比率CR＜0.1。

2.3 應急管理體系脆弱性評價

計算得到白化矩陣的最大特征值λmax后，根據其對應的特征向量W，進行歸一化處理，所得數值即為該指標所占上層指標的權重。利用該方法對各影響指標逐個逐層進行計算，得到各指標所占權重，將下層指標權重與對應的上層指標權重相乘，得到各二級因素占應急管理體系的綜合權重，其中，所占權重最大的因素就是導致應急管理體系脆弱的主要原因，即為應急管理體系中的最薄弱環節，應相應提出改善措施，保障礦井的安全生產。

3 實例分析

為了檢驗上述評價模型的準確性，根據溫莊煤業實際生產條件，選取3位專家參與評判，對礦井應急管理體系進行綜合評價。3位專家編號依次設為 M1、M2和 M3，對一級影響因素 B1～B4的灰數判斷矩陣如表2～表4所示。

表2 專家M1的灰數判斷矩陣

表3 專家M2的灰數判斷矩陣

表4 專家M3的灰數判斷矩陣

利用上表的計算結果建立群體灰數判斷矩陣，設定3為專家判斷的權重相同，均為1/3，根據式（3）、（4），得到群體灰數判斷矩陣。取 ρij=ρji=0.5，利用式（5），對矩陣進行白化，所得結果如表4所示。

表5 群體白化判斷矩陣

計算表5所示白化矩陣的最大特征值為λmax=4.0608，矩陣所對應的特征向量為

根據表1，可知對于4階矩陣的隨機一致性指標 RI為 0.90，將數據代入式（7）、（8），可得白化矩陣的CI=0.0228，小于0.1，滿足相關要求，所得結果較為可靠。

根據上述方法，分別計算各二級影響因素C1～C17所對應的一級影響因素 B1～B4的白化矩陣，然后分別進行一致性檢驗，各因素的一致性比率均小于0.1，滿足相關要求。

根據前面計算所得的白化矩陣最大特征值對應的特征向量W，進行歸一化處理，計算各因素所占權重，即各因素的脆弱性值。根據計算結果，歸一化向量W1為：

即各二級因素 B1～B4的脆弱性質分別為0.5818、0.1181、0.2206、0.0795。

根據同樣的方法，可得C1～C4相對B1的脆弱性值依次為 0.0812、0.2283、0.5378、0.1527，將以上結果與B1的脆弱性質0.5818相乘，可得C1～C4相對于指標A的脆弱性值依次為 0.0472、0.1328、0.3129、0.0888。然后分別計算C5～C17相對指標A的脆弱性值，所得結果如表6所示。

表6 綜合脆弱性值計算結果

根據表6所得結果，對綜合脆弱性質從大到小依次排列，脆弱性質最大的為人員技術能力C3，脆弱性值為0.3129，其次為心理狀況及安全意識C2，脆弱性值為0.1328，第三為環境條件中的工作區域C13，脆弱性值為0.1197。這三項是影響溫莊煤業應急管理體系的最薄弱環節，應有針對性的進行補強改進，以保障礦井的安全生產。

4 結 論

為確定煤礦應急管理體系中的薄弱環節，提出有針對性的應對措施，本文根據生產實踐經驗，確定影響應急管理體系的4個一級因素，17個二級因素，以層次分析法為基礎，結合群決策和灰色理論，建立綜合評價模型，并利用研究結果，對溫莊煤業應急管理體系進行評價，找出影響最大的3個因素，為改善煤礦應急管理體系提供理論依據。