模糊綜合評價法在礦井安全評價體系中的應用

陳思遠

(霍州煤電集團洪洞億隆煤業有限責任公司，山西 臨汾 041600)

0 引言

近年來，隨著煤炭資源的大量開采，礦井環境愈加惡劣，雖然礦井開采過程中安全事故呈現逐年下降的趨勢，但是安全生產的形式依舊嚴峻[1-3]。對于煤礦而言，隨著生產環境的改變，井下違章違規事故屢見不鮮，此外，部分領導為了完成工作，甚至對違規違章行為進行包庇，這種低意識形態的安全生產理念以及長時間在井下的高強度工作，極易導致安全事故的發生。為此，僅僅進行安全培訓、實時安全檢查很難實現安全生產的目的，需要利用科學的方法實現安全管理[4-6]。

安全評價也稱為風險評價，對礦井進行安全評價，對實現礦井各運行系統的安全、完善管理制度體系以及治理方法有重要積極作用[7-9]。安全評價對生產全過程的安全控制、為決策者提供最佳的優化方案、實現科學標準化的管理、促進安全生產有積極作用[10-12]。目前，多種評價方法已經形成，通過合適的評價方法可以對礦井安全評價體系中的危險因素進行識別，進而判斷危險事故的嚴重程度，據此可制定相應的防范措施。為此，基于模糊綜合分析法對礦井進行安全評價，以期為礦井檢查安全因素、制定安全措施提供一定借鑒。

1 模糊綜合評價方法

1.1 各因素權重值的確定

在安全評價體系中，每個評價因素都有其特定的功能，對于最終的評價結果都有不同程度的影響。但是不同因素的影響程度不同，因此引入權重概念表示不同因素之間的相對重要性，或者表示為2種影響因素之間的比例系數。由此可見，權重在評價體系中占有重要地位，選用合理的評價方法確定各個因素的權重可以體現各因素在評價體系中的主次，同時也增加了評價結果的準確性。權重的確定方法有很多，本文采用美國研究者SATTY T L于20世紀70年代提出的層次分析法確定各因素的權重值，該方法在眾多實踐中得到了檢驗，得到大量學者的認可[13-15]。層次分析法確定權重的步驟一般分為4步。首先確定評價體系中各個因素之間的關聯，建立描述系統因素的遞階層次結構；隨后對2個相鄰層的因素進行重要性評價，建立判斷矩陣；然后計算判斷矩陣，得到矩陣的特征值和特征向量，并對計算結果進行檢驗；最后得到各層內評價因素的權重值。

1.2 遞階層次結構的建立

遞階層次結構的建立需要分析各影響因素之間的關聯度和結構特征，并把不同的影響因素分成若干層，其具體劃分方法如圖1所示。可以看出，遞階層次結構劃分主要分為4層，分別為目標層、準則層、指標層以及方案層4類，目標層則為礦井需要解決的問題，可具體根據礦井實際情況再對目標層進行細分；準則層是遞階層次結構的衡量標準，表示按照這種衡量標準解決問題的一個環節，根據影響因素以及約束因素的不同，可將準則層再細劃為因素層和約束層；指標層是各個因素具體的評價指標；方案層是根據不同影響因素的危險性確定方案。

圖1 遞階層次結構劃分模型Fig.1 Hierarchical hierarchical structure partition model

1.3 判斷矩陣的建立

判斷矩陣的建立對于評價結果的準確性有決定性影響，通過建立判斷矩陣可以反復評判2個指標，即得到指標對因素的影響程度，以A、B因素為例，通過建立2個因素的判斷矩陣，得到重要程度定義表，詳見表1。

表1 重要程度定義Table 1 Definition of importance degree

1.4 權重值計算方法

根據表1所示的重要程度，可以得到n階的判斷矩陣aij，需要進一步的計算才能得到權重值。式(1)將矩陣進行歸一化處理，得到矩陣bij，具體計算方法為

(1)

將歸一化處理后的矩陣進行加法運算，得到矩陣Wi；對矩陣Wi進行正規化處理，得到權重向量，可用式(2)表示

(2)

最后計算得到矩陣的最大特征根，見式(3)

(3)

得到最大特征根后，進行檢驗，得到一致性指標。當計算結果不一致時，利用式(4)進行一致性指標的誤差分析

(4)

當一致性指標的隨機性指標比值小于0.1時，表示矩陣判斷結果準確。隨機性指標參數見表2。

表2 隨機性指標參數Table 2 Randomness index parameters

1.5 模糊綜合評價法

確定了評價體系中的一致性指標(權值)后，需要利用合成方法將底層的權值復合至上一層，本次采用模糊綜合評價法進行去權值的復合。模糊綜合評價的基本模式是在權重向量經過Fuzzy變換器R處理后，便得到評價結果。本次的模糊綜合評價法為二級評價模型。模型建立及應用時將被評價的因素集合定義為U，U集合中包含m個因素子集，即U={u1,u2,u3,…,um}。其中，um為最高層中的第m個因素，其由第2層中的n個因素決定，Um={um1,um2,um3,…,umn}。二級評價模型中，無論評價體系中有多少層，最終目的是得到目標層的評價結果，不同于其它評價模型，只能得到最底層的綜合評價結果，二級評價模型需要逐級的進行綜合評價，最終得到目標層的評價結果。

2 應用實例

2.1 礦井安全狀況

應用實例以洪洞億隆煤業為背景，主要對礦井的人員素質、安全管理、通風安全、事故救援、領導重視情況、防治水防滅火等6個指標進行評價，根據上述的模糊綜合評價方法進行權重的計算，得到6個指標的一致性指標值分別為0.015、0.032、0.024、0.058、0.068、0.047，均小于0.1。一致性指標計算后，利用二級評價模型進行評價結果的計算，一致性指標的計算以及評價結果的計算過程較為復雜，不再進行贅述，直接根據計算結果進行評價。將礦井的安全狀況分為安全、較安全、一般、危險以及很危險5個等級，人員素質評價結果為(0.56，0.44，0，0，0)，安全管理評價結果為(0.75，0.25，0，0，0)，通風安全評價結果為(0.35，0.55，0.1，0，0)，事故救援評價結果為(0.93，0.07，0.1，0，0)，領導重視情況評價結果為(0.64，0.3，0.06，0，0)，防治水防滅火評價結果為(0.55，0.45，0，0，0)，根據最大隸屬度原則，6個指標最終的評價結果為安全、安全、較安全、安全、安全、安全，綜合分析得到礦井的安全狀況為安全。

2.2 評價效果

通過模糊綜合評價法準確評價了礦井的安全狀況，利用數學方法對礦井安全體系進行檢查可以減少人為主觀評判帶來的誤差值，得到的評價結果也更可靠。但是，利用模糊綜合評價法對礦井的安全體系進行評價只是一種手段，在評價的過程中對于各個評價因素的調研以及檢查才能達到持續改進的目的，進而達到安全生產的目的，這才是模糊綜合分析法的最終目的。此外，還需要礦井各個部分對安全評價指標中的因素進一步的改進，并制定相應的安全措施，完善礦井的安全體系。

3 結語

基于模糊綜合評價方法對礦井的安全評價體系進行了評價，通過遞階層次結構的建立、判斷矩陣的建立、權重值計算方法以及模糊綜合評價法建立了模糊綜合評價方法。對人員素質、安全管理、通風安全、事故救援、領導重視情況、防治水防滅火這6個指標進行了評價，綜合分析得到礦井的安全狀況為安全，證明了模糊綜合評價方法在礦井安全評價體系中的適用性。同時，在應用模糊評價體系的過程中，間接加強了礦井安全體系的建立，完善了評價指標的安全改進，對提高礦井安全性具有良好的應用效果，完善了安全體系的同時，有助于有效預防安全事故。