回采工作面安全評價研究

王志豪

摘要：當前煤礦安全評價大多以整個煤礦作為評價目標，通過評價能大致了解煤礦的整體安全狀況，但影響煤礦安全的災害種類較多，這類評價針對性不強且無法突出重點。為了解決這一問題，從回采工作面這一角度出發，采用模糊綜合評價法，建立安全評價模型對突出礦井回采工作面進行安全評價。運用模糊層次分析（FAHP）和熵權法結合的主客觀綜合權重法確定各級指標的權重，建立隸屬度函數計算相對應的評語集，將各級指標的權重值與相對應的評語集合成計算，得到評價結果。通過九里山煤礦16051回采工作面對該模型進行了實證分析，結果表明該模型評價結果符合現場實際，可用于其他工作面。

Abstract： Most of the current coal mine safety assessments use the entire coal mine as the evaluation target. Through evaluation， the overall safety status of the coal mine can be roughly understood， but there are many types of disasters affecting coal mine safety， and such evaluations are not targeted and cannot highlight the force. In order to solve this problem， from the perspective of mining face， the fuzzy comprehensive evaluation method is used to establish a safety evaluation model to evaluate the safety of the mining face. The subjective and objective comprehensive weighting method combined with fuzzy analytic hierarchy process （FAHP） and entropy weight method is used to determine the weight of each level of indicators， and the membership function is used to calculate the corresponding set of comments， and the weights of the indicators at each level are combined with the corresponding comments to get the evaluation result. The model is tested by the 16051 mining work of Jiulishan Coal Mine. The results show that the model evaluation results are in line with the actual situation and can be used for other working surfaces.

關鍵詞：煤與瓦斯突出;回采工作面;綜合權重;模糊綜合評價法;隸屬度函數

Key words： coal and gas outburst;mining face;comprehensive weight;fuzzy comprehensive evaluation method;membership function

0? 引言

目前我國煤礦安全評價研究的成果主要集中在兩個方面：煤礦安全評價模型的研究和評價指標體系的建立。從煤礦安全評價的現狀總結當前所存在的主要問題是;第一，選用單一評價方法建立安全評價模型，會使得評價結果包含過強的主觀性或是客觀性，評價結果缺乏科學性;第二，評價指標的選取不夠完整，評價應該要體現出煤礦的整體性，而當前的評價，指標的選取過于籠統，評價結果并不能很好的體現出煤礦安全的整體性;第三，評語集的確定多采用專家打分法，這樣既使得評語集主觀性過強，也沒有有效的利用指標實測數據。

1? 安全評價模型的建立

為了解決上述問題，本文從以下幾個角度出發建立安全評價模型。第一，權重集的確定采用了主客觀結合的方法，所得到的綜合權重既包含專家的知識經驗，又能挖掘出數據本身攜帶的信息;第二，選擇了煤與瓦斯突出礦井的回采工作面作為評價目標，從煤與瓦斯突出這一災害角度出發，針對同類型回采工作面建立評價指標體系，能夠較為全面的體現出其完整性;第三，評語集的確定，利用了數據指標分級并建立相應的正態型隸屬度函數，這樣可以充分利用指標的實測數據，使得評語集也同時綜合了主客觀因素。

1.1 安全評價指標的確定

依據瓦斯突出綜合作用假說機理，結合“人-機-環境-管理”系統研究方法，對回采工作面的危險有害因素進行了分析，以此建立安全評價指標體系如圖1。

1.2 權重計算方法的確定

常規的權重確定方法有數十種之多，這些方法大致可以分為三類：一類為主觀賦權法，一類為客觀賦權法，一類為主客觀組合權重賦權法。在分析煤與瓦斯突出這一災害的基礎上，采用計算更加精簡、準確度更高;既能真實反映專家意見，又能充分分析數據本身蘊含的信息的權重計算方法，即主客觀組合權重賦權法。

1.3 安全評價指標權重的確定

1.3.1 主觀評價法權重確定

第一步，利用專家打分法，通過表1的0.1～0.9標度法來表示因素間重要性兩兩比較的值;

第二步，將模糊矩陣轉換成一致陣。對模糊矩陣按行求和記為

1.3.2 客觀評價法權重確定

第一步，按照熵權法的要求將模糊判斷矩陣去模糊化得到非模糊化矩陣[6]。按照所選用的標度，利用公式[7]：

1.3.3 評價指標綜合權重確定

FAHP確定了決策者的主觀偏好，熵權法的重點在于挖掘出數據本身蘊含的客觀信息[9]，因此將兩種權重組合得到組合權重是比較科學合理的。采用加權平均法確定組合權重為[10]。

2? 建立模糊綜合評價模型

2.1 評價指標分級

模糊綜合評價是應用模糊數學理論的安全評價方法。在做出任何風險決策時，需要綜合考慮多個相關影響指標。模糊綜合評價的，解決多因素、多層次決策問題。模糊綜合評價法三要素：因素集、權重集和評語集[11]。

模糊綜合評價的核心是評語集的確定。評語集的確定一般采用專家打分法，將評價指標分為5～7個安全等級，邀請數位專家對其進行打分，綜合評分結果得到評價指標體系的評語集。本文采用隸屬度函數的方式確定評價指標的評語集。首先，根據瓦斯地質復雜程度與瓦斯突出防治經驗，結合煤礦生產有關的國家標準、行業標準及有關法律法規、規范規程并查閱相關文獻對評價指標進行量化分級。如表2將評價目標按照從危險到安全的等級劃分為{v5，v4，v3，v2，v1}，即{極危險、危險、較危險、較安全、安全}。

2.2 建立隸屬度函數

隸屬度函數描述了論域上各元素對模糊概念的隸屬程度，是確定模糊關系、進行模糊綜合評價的關鍵步驟之一[12]。隸屬度函數的種類很多，針對不同的研究對象選用不同的隸屬度函數模型計算隸屬度矩陣。隸屬度函數應該和所研究的對象具有密切相關性，對回采工作面安全評價指標分級而言，最合適的隸屬度函數是正態型隸屬度函數。

在構造隸屬度函數時，指標值每個區間的分界點即區間端點是最模糊的點，對相鄰兩個等級的隸屬度均為0.5;而區段的中點是最清晰的點，對應的隸屬度為1。正態型隸屬度函數的一般形式如下：

由表2所示的評價指標分級表可知，指標值分段區間存在開區間。對于開區間上的點而言，越向兩側發展離區間中點越遠，其對不利等級的隸屬度應該保持為1。而如果對開區間采用和閉區間一樣的方法確定其隸屬度函數，其結果是不合理的，所以在指標值的左右開區間選擇升半梯形和降半梯形函數的思想進行處理。結合上述分析及表1得到瓦斯突出煤體特征下各子因素的隸屬度函數：

2.3 模糊綜合評價模型

在因素集、權重集、評語集確定之后，即可得出各個評價指標對應的評語等級，用模糊評價矩陣來表示：

3? 實例分析

選取九里山16051回采工作面對所建立的安全評價模型進行驗證。首先根據工作面概況，請專家按表1的0.1～0.9標度法對指標進行打分，建立互補判斷矩陣，計算出各指標的綜合權重如表3。

第二步，根據表2的安全指標分級表推導出的各子因素的隸屬度函數，結合工作面概況中16051回采工作面的各項指標具體數據以及專家的安全評分，計算因素的評語集。如瓦斯突出煤體特征下各子因素的評語集RA

對于評價結果的分析，通常采用最大隸屬度原則確定評價目標的安全等級，評語集依據從危險到安全的等級，v5

根據上面的計算結果得到k0=4，則判斷所評價目標的安全性屬于2級，即16051回采工作面安全性屬于較安全，符合現場實際生產狀況。

4? 結論

①以回采工作面作為評價目標，評價目標的細化使得評價過程變得簡單容易，也使得評價目標存在的危險有害因素的分析和辨識變得直接和明了。基于細化，由點成面，使其整體評價更具有統一性。

②研究分析表明，模糊層次分析法和熵權法相結合綜合確定權重的方法，不僅充分考慮了原始數據中的全部信息，還吸取了模糊層次分析法中依賴專家經驗的優點，從而克服了模糊層析分析法的主觀不確定性和熵權法中不能反映專家經驗的缺陷。

③模糊綜合評價的建模中使用了隸屬度函數確定評語集，并且結合瓦斯地質復雜程度與瓦斯突出防治經驗，建立了適合回采工作面的指標分級表，并根據此表計算出相應的隸屬度函數。這樣得到的安全評價模型，針對性更強，計算結果更符合現場實際。

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