模糊综合评价法在矿井安全评价体系中的应用

陈思远

(霍州煤电集团洪洞亿隆煤业有限责任公司，山西 临汾 041600)

0 引言

近年来，随着煤炭资源的大量开采，矿井环境愈加恶劣，虽然矿井开采过程中安全事故呈现逐年下降的趋势，但是安全生产的形式依旧严峻[1-3]。对于煤矿而言，随着生产环境的改变，井下违章违规事故屡见不鲜，此外，部分领导为了完成工作，甚至对违规违章行为进行包庇，这种低意识形态的安全生产理念以及长时间在井下的高强度工作，极易导致安全事故的发生。为此，仅仅进行安全培训、实时安全检查很难实现安全生产的目的，需要利用科学的方法实现安全管理[4-6]。

安全评价也称为风险评价，对矿井进行安全评价，对实现矿井各运行系统的安全、完善管理制度体系以及治理方法有重要积极作用[7-9]。安全评价对生产全过程的安全控制、为决策者提供最佳的优化方案、实现科学标准化的管理、促进安全生产有积极作用[10-12]。目前，多种评价方法已经形成，通过合适的评价方法可以对矿井安全评价体系中的危险因素进行识别，进而判断危险事故的严重程度，据此可制定相应的防范措施。为此，基于模糊综合分析法对矿井进行安全评价，以期为矿井检查安全因素、制定安全措施提供一定借鉴。

1 模糊综合评价方法

1.1 各因素权重值的确定

在安全评价体系中，每个评价因素都有其特定的功能，对于最终的评价结果都有不同程度的影响。但是不同因素的影响程度不同，因此引入权重概念表示不同因素之间的相对重要性，或者表示为2种影响因素之间的比例系数。由此可见，权重在评价体系中占有重要地位，选用合理的评价方法确定各个因素的权重可以体现各因素在评价体系中的主次，同时也增加了评价结果的准确性。权重的确定方法有很多，本文采用美国研究者SATTY T L于20世纪70年代提出的层次分析法确定各因素的权重值，该方法在众多实践中得到了检验，得到大量学者的认可[13-15]。层次分析法确定权重的步骤一般分为4步。首先确定评价体系中各个因素之间的关联，建立描述系统因素的递阶层次结构；随后对2个相邻层的因素进行重要性评价，建立判断矩阵；然后计算判断矩阵，得到矩阵的特征值和特征向量，并对计算结果进行检验；最后得到各层内评价因素的权重值。

1.2 递阶层次结构的建立

递阶层次结构的建立需要分析各影响因素之间的关联度和结构特征，并把不同的影响因素分成若干层，其具体划分方法如图1所示。可以看出，递阶层次结构划分主要分为4层，分别为目标层、准则层、指标层以及方案层4类，目标层则为矿井需要解决的问题，可具体根据矿井实际情况再对目标层进行细分；准则层是递阶层次结构的衡量标准，表示按照这种衡量标准解决问题的一个环节，根据影响因素以及约束因素的不同，可将准则层再细划为因素层和约束层；指标层是各个因素具体的评价指标；方案层是根据不同影响因素的危险性确定方案。

图1 递阶层次结构划分模型Fig.1 Hierarchical hierarchical structure partition model

1.3 判断矩阵的建立

判断矩阵的建立对于评价结果的准确性有决定性影响，通过建立判断矩阵可以反复评判2个指标，即得到指标对因素的影响程度，以A、B因素为例，通过建立2个因素的判断矩阵，得到重要程度定义表，详见表1。

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

1.4 权重值计算方法

根据表1所示的重要程度，可以得到n阶的判断矩阵aij，需要进一步的计算才能得到权重值。式(1)将矩阵进行归一化处理，得到矩阵bij，具体计算方法为

(1)

将归一化处理后的矩阵进行加法运算，得到矩阵Wi；对矩阵Wi进行正规化处理，得到权重向量，可用式(2)表示

(2)

最后计算得到矩阵的最大特征根，见式(3)

(3)

得到最大特征根后，进行检验，得到一致性指标。当计算结果不一致时，利用式(4)进行一致性指标的误差分析

(4)

当一致性指标的随机性指标比值小于0.1时，表示矩阵判断结果准确。随机性指标参数见表2。

表2 随机性指标参数Table 2 Randomness index parameters

1.5 模糊综合评价法

确定了评价体系中的一致性指标(权值)后，需要利用合成方法将底层的权值复合至上一层，本次采用模糊综合评价法进行去权值的复合。模糊综合评价的基本模式是在权重向量经过Fuzzy变换器R处理后，便得到评价结果。本次的模糊综合评价法为二级评价模型。模型建立及应用时将被评价的因素集合定义为U，U集合中包含m个因素子集，即U={u1,u2,u3,…,um}。其中，um为最高层中的第m个因素，其由第2层中的n个因素决定，Um={um1,um2,um3,…,umn}。二级评价模型中，无论评价体系中有多少层，最终目的是得到目标层的评价结果，不同于其它评价模型，只能得到最底层的综合评价结果，二级评价模型需要逐级的进行综合评价，最终得到目标层的评价结果。

2 应用实例

2.1 矿井安全状况

应用实例以洪洞亿隆煤业为背景，主要对矿井的人员素质、安全管理、通风安全、事故救援、领导重视情况、防治水防灭火等6个指标进行评价，根据上述的模糊综合评价方法进行权重的计算，得到6个指标的一致性指标值分别为0.015、0.032、0.024、0.058、0.068、0.047，均小于0.1。一致性指标计算后，利用二级评价模型进行评价结果的计算，一致性指标的计算以及评价结果的计算过程较为复杂，不再进行赘述，直接根据计算结果进行评价。将矿井的安全状况分为安全、较安全、一般、危险以及很危险5个等级，人员素质评价结果为(0.56，0.44，0，0，0)，安全管理评价结果为(0.75，0.25，0，0，0)，通风安全评价结果为(0.35，0.55，0.1，0，0)，事故救援评价结果为(0.93，0.07，0.1，0，0)，领导重视情况评价结果为(0.64，0.3，0.06，0，0)，防治水防灭火评价结果为(0.55，0.45，0，0，0)，根据最大隶属度原则，6个指标最终的评价结果为安全、安全、较安全、安全、安全、安全，综合分析得到矿井的安全状况为安全。

2.2 评价效果

通过模糊综合评价法准确评价了矿井的安全状况，利用数学方法对矿井安全体系进行检查可以减少人为主观评判带来的误差值，得到的评价结果也更可靠。但是，利用模糊综合评价法对矿井的安全体系进行评价只是一种手段，在评价的过程中对于各个评价因素的调研以及检查才能达到持续改进的目的，进而达到安全生产的目的，这才是模糊综合分析法的最终目的。此外，还需要矿井各个部分对安全评价指标中的因素进一步的改进，并制定相应的安全措施，完善矿井的安全体系。

3 结语

基于模糊综合评价方法对矿井的安全评价体系进行了评价，通过递阶层次结构的建立、判断矩阵的建立、权重值计算方法以及模糊综合评价法建立了模糊综合评价方法。对人员素质、安全管理、通风安全、事故救援、领导重视情况、防治水防灭火这6个指标进行了评价，综合分析得到矿井的安全状况为安全，证明了模糊综合评价方法在矿井安全评价体系中的适用性。同时，在应用模糊评价体系的过程中，间接加强了矿井安全体系的建立，完善了评价指标的安全改进，对提高矿井安全性具有良好的应用效果，完善了安全体系的同时，有助于有效预防安全事故。