基于層次分析法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動態(tài)風(fēng)險評價方法探討

楊昊鵬 王磊 王龍龍

摘? ?要：對礦井生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行綜合安全風(fēng)險評價，目前有多種方法可用，但各有優(yōu)缺點。本文提出一種新的綜合性的安全評價方法，基于層次分析法來對礦井生產(chǎn)區(qū)域的安全態(tài)勢進(jìn)行動態(tài)評價。評價時首先根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的要素構(gòu)建安全評價指標(biāo)體系，然后采用層次分析法對指標(biāo)體系內(nèi)各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，并設(shè)置生產(chǎn)區(qū)域安全敏感系數(shù)，計算各指標(biāo)相對礦井的整體權(quán)重和扣分值，結(jié)合不安全事件的發(fā)生情況對生產(chǎn)區(qū)域的安全風(fēng)險進(jìn)行動態(tài)評價。這種方法是將層次分析法和傳統(tǒng)的專家扣分評價方法進(jìn)行的合理結(jié)合，在評價中更具有可操作性和實踐意義。

關(guān)鍵詞：層次分析法? 權(quán)重? 安全評價? 指標(biāo)

中圖分類號：TD76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0169-03

1? 研究背景

煤礦是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，在一個生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等多種自然災(zāi)害因素并存，人為因素又極為活躍，各因素之間聯(lián)系緊密、互相制約，因此對煤礦生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行安全態(tài)勢綜合評價時，困難之處就是要對這些指標(biāo)進(jìn)行相互比較，計算不同指標(biāo)對生產(chǎn)區(qū)域的影響權(quán)重。

目前，國內(nèi)外研究人員提出了諸多煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)安全風(fēng)險智能評價模型和算法，應(yīng)用較多的主要包括四大類：專家評價方法、運籌學(xué)方法（模糊綜合評價法、層次分析法）、新型評價方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色評判）、混合方法等。這些方法各有其優(yōu)、缺點和使用范圍，突出問題是這些評價方法面向的風(fēng)險因素較為單一，智能評價模型處理的數(shù)據(jù)種類和數(shù)量有限，初始賦值困難，導(dǎo)致挖掘的數(shù)據(jù)價值有限，難以實現(xiàn)全過程、全方位的重大安全風(fēng)險評價，無法保證評價的準(zhǔn)確度，全面、系統(tǒng)的重大風(fēng)險評價預(yù)警平臺尚未建立。

在眾多的評價模型和算法中，層次分析法比較符合煤礦這一特殊復(fù)雜的系統(tǒng)。利用層次分析法，對構(gòu)建的評價指標(biāo)體系內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，比較其之間的相對重要性。當(dāng)評價指標(biāo)眾多時，直接賦以權(quán)重往往非常困難，但是比較兩個指標(biāo)的相對重要程度則非常容易。

當(dāng)采用專家評價法時，通常是對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行人工判定直接賦值，或者針對不安全事件，直接人為設(shè)定扣分值，這種做法均忽視了不同指標(biāo)之間的相對重要程度，受人為判斷影響嚴(yán)重，指標(biāo)較多時極容易出現(xiàn)邏輯性錯誤，因此得出的結(jié)果往往不可靠。

鑒于上述的情況，有必要探索一種新的安全評價方法，能將層次分析法和專家評價法結(jié)合，科學(xué)、合理地給指標(biāo)賦以權(quán)重，能夠動態(tài)計算生產(chǎn)區(qū)域的安全態(tài)勢。

2? 研究方法

基于層次分析法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動態(tài)安全風(fēng)險評價方法，分以下幾個步驟實現(xiàn)。

（1）建立生產(chǎn)區(qū)域安全評價指標(biāo)體系模型。

按照礦井生產(chǎn)實際中的“人、物、環(huán)、管”四要素，建立安全生產(chǎn)區(qū)域四級評價指標(biāo)體系，其中一至三級為綜合指標(biāo)，即其可以繼續(xù)細(xì)分為多個下級指標(biāo)，四級指標(biāo)為末級指標(biāo)，不可再分。

（2）利用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重賦值。

①構(gòu)造判斷（成對比較）矩陣。

對于已構(gòu)建的指標(biāo)體系，在同一級別各評價指標(biāo)之間，構(gòu)造判斷矩陣。

以表1中二級指標(biāo)為例，構(gòu)造判斷矩陣A，如表2所示。

構(gòu)造判斷矩陣的方法是兩兩比較各指標(biāo)的相對重要性，如人員素質(zhì)對技術(shù)裝備的重要性為1/2，則技術(shù)裝備對人員素質(zhì)的重要性為2，二者之間是互為倒數(shù)的關(guān)系。

為了保證評價尺度的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一，判斷矩陣通常采用如下的標(biāo)度方法進(jìn)行判斷。

②指標(biāo)單排序及判斷矩陣一致性檢驗。

判斷矩陣構(gòu)造完成后，計算判斷矩陣A每一行的幾何平均值，可得各行的幾何平均值為0.4518，0.7071，3.1302， 1.0000、2.2361，再進(jìn)行歸一化處理，可得人員素質(zhì)、技術(shù)裝備、作業(yè)環(huán)境、安全管理水平、安全生產(chǎn)管理各指標(biāo)的權(quán)重分別為0.0600、0.0940、0.4160、0.1329、0.2971。

當(dāng)評價指標(biāo)較多時，通過構(gòu)造判斷矩陣，受限于人們認(rèn)識的多樣性和客觀現(xiàn)實的復(fù)雜性，仍然可能出現(xiàn)邏輯判斷的失誤或者不同指標(biāo)之間重要性倍數(shù)的錯誤，造成初步計算所得的指標(biāo)權(quán)重并不合理，比如指標(biāo)A比指標(biāo)B重要，指標(biāo)B比指標(biāo)C重要，但又出現(xiàn)指標(biāo)C比指標(biāo)A非常重要的邏輯性錯誤。為避免這一情況的出現(xiàn)，就需要通過數(shù)理手段進(jìn)行解決，對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，根據(jù)檢驗結(jié)果調(diào)整判斷矩陣中各指標(biāo)的重要性賦值，再次進(jìn)行檢驗，當(dāng)檢驗結(jié)果滿足要求時，各指標(biāo)的權(quán)重賦值才可采用進(jìn)行評價。

（3）生產(chǎn)區(qū)域安全敏感系數(shù)設(shè)定。

設(shè)定生產(chǎn)區(qū)域的安全敏感系數(shù)為1，即當(dāng)生產(chǎn)區(qū)域的總得分變化為1分時，就應(yīng)該發(fā)出預(yù)警信息，提示該生產(chǎn)區(qū)域的安全態(tài)勢變化幅度超出了預(yù)設(shè)的可接受范圍，應(yīng)該引起重視，針對引起這一變化的原因進(jìn)行處理。

（4）評價指標(biāo)扣分方法設(shè)定。

對于層次分析模型中的最低一層，即單獨的指標(biāo)初始得分值，則可以通過專家打分或固定賦值的辦法獲取。如對于礦井瓦斯等級、礦井水文地質(zhì)類型等靜態(tài)性指標(biāo)，可以人工打分賦值，對于瓦斯?jié)舛鹊葎討B(tài)指標(biāo)，則默認(rèn)設(shè)定為100。

初始賦值以后，需要對每個指標(biāo)建立扣分規(guī)則，比如甲烷濃度，初始值為100分，如果出現(xiàn)超標(biāo)情況，那么就減去一定的分值，得到當(dāng)前的分值，然后根據(jù)其權(quán)重計算出其上一級指標(biāo)的分值，再根據(jù)上一級指標(biāo)的權(quán)重計算出更上一級的分值，直至計算出最高級別的總得分。

對于每一指標(biāo)的具體扣分值，可以通過不同級別指標(biāo)的權(quán)重，計算出各指標(biāo)對最上層指標(biāo)的影響權(quán)重，比如甲烷濃度對瓦斯災(zāi)害的影響權(quán)重是40%，瓦斯災(zāi)害對作業(yè)環(huán)境指標(biāo)的影響權(quán)重是41.9%，作業(yè)環(huán)境指標(biāo)對生產(chǎn)區(qū)域的影響權(quán)重是41.6%，那么可以計算出甲烷濃度對生產(chǎn)區(qū)域的影響權(quán)重是6.91%。當(dāng)安全敏感系數(shù)為1時，計算可得甲烷濃度超標(biāo)出現(xiàn)一次扣14.34分，即出現(xiàn)一次瓦斯超標(biāo)就能夠在礦井總分中明顯表示出來，就應(yīng)該發(fā)出預(yù)警，引起重視。

按照上述的扣分方式，并不能為所有的指標(biāo)扣分所使用。這就需要考慮到不同指標(biāo)之間的相對權(quán)重問題。例如對瓦斯災(zāi)害進(jìn)行評價，共有甲烷濃度等多個指標(biāo)，各個指標(biāo)的權(quán)重不同，將權(quán)重最大的指標(biāo)設(shè)為1，按照安全敏感系統(tǒng)計算出權(quán)重最大的指標(biāo)的扣分值，其它指標(biāo)的扣分值按照該指標(biāo)的權(quán)重與權(quán)重最大的指標(biāo)權(quán)重的比值計算。

3? 研究結(jié)論

基于層次分析法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動態(tài)安全風(fēng)險評價方法，具有明顯的優(yōu)點：

（1）該方法非常適合于煤礦（企業(yè)）這種評價指標(biāo)眾多，指標(biāo)之間存在相互制約影響的龐大系統(tǒng)，能夠很好的解決多指標(biāo)的權(quán)重分配問題，又根據(jù)設(shè)定的安全敏感系數(shù)，很好的解決不同指標(biāo)在不安全事件發(fā)生時的合理扣分問題，能夠用來對礦井生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)、合理的評價。

（2）提高煤礦安全評價的有效性及精確度，更加符合客觀實際。通過層次分析法，把定性的指標(biāo)描述進(jìn)行定量化，從而得出準(zhǔn)確的評價結(jié)果。

（3）計算模型統(tǒng)一，便于利用計算機信息系統(tǒng)。評價指標(biāo)體系不同層級的指標(biāo)權(quán)重計算可扣分，均可以通過統(tǒng)一的計算模型、計算機軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)。

（4）評價方法綜合了礦井生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的全部安全影響因素，包括人、物、環(huán)、管四個方面，并可自動獲取不安全事件的發(fā)生情況，實現(xiàn)實時動態(tài)評價、預(yù)警。

基于層次分析法和專家評價法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動態(tài)綜合安全風(fēng)險評價方法，同樣可以用來評價某一類自然災(zāi)害、全礦井的安全態(tài)勢等，但需要進(jìn)一步研究的是在具體項目中，如何能夠?qū)崟r獲取各指標(biāo)對應(yīng)的不安全事件發(fā)生情況，如瓦斯超標(biāo)、涌水量超限等，這需要將礦井的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行集成，消除信息孤島，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以共享使用。

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