趙 丹 吳禹默賈進(jìn)章教授 佟興東高級(jí)工程師 甄紋浩高級(jí)工程師

(1.廣東海洋大學(xué) 寸金學(xué)院，廣東 湛江 524000；2.北部灣發(fā)展研究中心，廣東 湛江 524000；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程研究院，遼寧 阜新 123000；4.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105；5.礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 葫蘆島 125105；6.凌鋼股份北票保國鐵礦有限公司，遼寧 北票 122104；7.阜新水務(wù)集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123000)

0 引言

礦井火災(zāi)有可能引起瓦斯、煤層發(fā)生爆炸，威脅人員生命安全，造成嚴(yán)重?fù)p失[1]。礦井火災(zāi)持續(xù)時(shí)間長，且具有動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，所以礦井火災(zāi)搶險(xiǎn)救援工作在應(yīng)急救援體系中困難性最大、技術(shù)性最強(qiáng)、危險(xiǎn)性最高。遼寧阜新艾友煤礦2006年“2.18”頂板事故中[2]，由于及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)避免了財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，對(duì)礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力進(jìn)行評(píng)價(jià)非常必要[3]。安全評(píng)價(jià)工作始于20世紀(jì)五六十年代，開展較早的國家是美國、英國和日本，最早用于航空工業(yè)。1978年，Denny V.E[4]首次將安全評(píng)價(jià)應(yīng)用于煤礦事故當(dāng)中，運(yùn)用事件樹、故障和決策樹分析，建模得到主要的危險(xiǎn)因素，并求出合理的安全成本。我國最早的安全評(píng)價(jià)始于20世紀(jì)80年代初期，主要應(yīng)用于大中型生產(chǎn)經(jīng)營單位和行業(yè)管理部門。1995年，王玉振等[5]首次運(yùn)用灰色統(tǒng)計(jì)理論對(duì)影響煤礦安全生產(chǎn)的4M因素進(jìn)行討論，提出一種新的煤礦安全綜合評(píng)價(jià)方法。2005 年，王玉懷等[2]用層次分析法對(duì)煤礦安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析和研究，建立多級(jí)模糊評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行實(shí)例分析，證明模糊評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

傳統(tǒng)的層次分析法、事故樹分析法建立的模型比較單一，煤礦評(píng)價(jià)目標(biāo)的隨機(jī)性和模糊性較高，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)具有一定難度，只能給出一個(gè)大致范圍。本文將模糊綜合評(píng)價(jià)和集值統(tǒng)計(jì)法相結(jié)合對(duì)礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出評(píng)價(jià)指標(biāo)安全度值的可靠性程度和各評(píng)價(jià)專家的偏離度。此法彌補(bǔ)了目前煤礦安全評(píng)價(jià)中由經(jīng)典統(tǒng)計(jì)法確定安全度值的不足，提高了煤礦安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度和可靠性。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)—集值統(tǒng)計(jì)模型

1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)的原理

模糊綜合評(píng)價(jià)是對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象通過模糊數(shù)學(xué)做出評(píng)價(jià)的方法。評(píng)價(jià)過程有6個(gè)步驟[6-8]。

(1)確定評(píng)價(jià)因素論域U。U表示影響評(píng)價(jià)對(duì)象的多個(gè)因素集合。

(2)確定評(píng)價(jià)等級(jí)論域V。V表示影響評(píng)價(jià)對(duì)象因素的區(qū)間劃分。

(3)確定模糊矩陣R。R表示單因素評(píng)估結(jié)果的矩陣。

(4)確定權(quán)重向量A。A表示評(píng)價(jià)因素對(duì)于R的重要度。

(5)計(jì)算合成算子。合成算子指計(jì)算A與R所用的方法。

(6)評(píng)價(jià)結(jié)果向量B。B表示評(píng)價(jià)對(duì)象的分級(jí)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

本文通過集值統(tǒng)計(jì)法確定評(píng)價(jià)權(quán)重。在實(shí)際中由于客觀條件限制，不能在評(píng)價(jià)中得到確定值，從而不能對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出合理判斷。然而集值統(tǒng)計(jì)法只需給出一個(gè)大概范圍就能夠描述評(píng)價(jià)對(duì)象，相對(duì)于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法能夠更準(zhǔn)確地反應(yīng)專家的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，是一種值得推廣的方法。

對(duì)某一評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成集合U={U1,U2,…,Um}。參與權(quán)重計(jì)算的x個(gè)指標(biāo)構(gòu)成集合P={p1,p2,…,px}。對(duì)于某指標(biāo)Ui(i=1，2,…，m)，各專家確定權(quán)重區(qū)間:[a1i,b1i],…,[ari,bri],…,[axi,bxi](r=1，2,…，x)[9-10]。對(duì)其統(tǒng)計(jì)得出區(qū)間值，見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的估計(jì)區(qū)間Tab.1 Estimation interval of evaluation index weights

通過計(jì)算得出評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的相對(duì)權(quán)重為：

(1)

在此過程中，由于受學(xué)歷、專業(yè)、職稱等影響，設(shè)每位專家自身權(quán)重為kr[11]

(2)

由此求得評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的相對(duì)權(quán)重為：

(3)

由式(2)得Ui的相對(duì)權(quán)重并歸一化，則Ui的權(quán)重為：

(4)

由式(4)可得各指標(biāo)的權(quán)重向量為：

A=(w1,w2,…,wi,…,wm)

(5)

1.3 分析指標(biāo)權(quán)重的可靠性

通過集值統(tǒng)計(jì)法計(jì)算權(quán)重，并用置信度法進(jìn)行分析。對(duì)于指標(biāo)Ui，其權(quán)重置信度為：

(6)

式中：

di—越大，表示評(píng)價(jià)的可靠度越高；相反di越小，評(píng)價(jià)的可靠度越低。

2 礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.1 評(píng)判集評(píng)價(jià)指標(biāo)體系U建立

根據(jù)礦井火災(zāi)應(yīng)急救援的特點(diǎn)及實(shí)際情況，從礦井通風(fēng)系統(tǒng)、礦井防災(zāi)能力、指揮救災(zāi)、井下工人救火素質(zhì)、礦井應(yīng)急救援裝備5個(gè)角度出發(fā)，根據(jù)國家相關(guān)法律規(guī)定和相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表2[12]。

表2 礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系UTab.2 Evaluation index system for mine fire emergency rescue capability

2.2 評(píng)判集建立

影響礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力的因素包括通風(fēng)系統(tǒng)狀況好壞、防災(zāi)能力強(qiáng)弱、指揮救援決策和井下工人素質(zhì)等，有些因素可用安全性、危險(xiǎn)性衡量，但有些因素只能用好壞評(píng)判[13]。因此將礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力分為5個(gè)等級(jí)。本文確定的礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力等級(jí)論域及取值范圍，見表3。

表3 礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力等級(jí)論域及取值范圍Tab.3 Mine fire emergency rescue capability level domain and value range

3 實(shí)例應(yīng)用

以顧北煤礦為例，采用模糊綜合評(píng)價(jià)—集值統(tǒng)計(jì)法對(duì)礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。顧北煤礦現(xiàn)場火災(zāi)應(yīng)急救援裝置，下圖(a)為DM-1000型礦用井下移動(dòng)式膜分離制氮裝置，下圖(b)為細(xì)水霧滅火發(fā)生裝置。

圖 顧北煤礦現(xiàn)場火災(zāi)應(yīng)急救援裝置Fig. On-site fire emergency rescue device of Gubei Coal Mine

3.1 確定等級(jí)評(píng)判矩陣

為使專家的打分盡可能準(zhǔn)確客觀，邀請(qǐng)從事現(xiàn)場和科學(xué)研究的專家各5名。評(píng)價(jià)指標(biāo)得分，見表4。

表4 專家評(píng)分情況Tab.4 Expert ratings

基于“模糊綜合評(píng)價(jià)—集值統(tǒng)計(jì)法”計(jì)算礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的每一個(gè)指標(biāo)，得到礦井火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果采取對(duì)應(yīng)措施，提高礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力。

3.2 基于集值統(tǒng)計(jì)法的權(quán)重確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中第一層有5個(gè)指標(biāo)，第二層有18個(gè)指標(biāo)。通過集值統(tǒng)計(jì)法求出第一層指標(biāo)權(quán)重。便于確定權(quán)重區(qū)間，設(shè)權(quán)重總和為100。考慮各個(gè)專家職業(yè)背景，根據(jù)式(2)得出每位專家權(quán)重K=(0.015,0.125,0.115,0.105，0.135，0.125，0.105,0.115，0.145，0.015 )，求得各指標(biāo)估計(jì)值，見表5。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)安全度區(qū)間Tab.5 Evaluation index interval

使用式(3)可求得每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的相對(duì)權(quán)重是w=(31.04，35.73，28.78，30.04，34.28)。再利用式(4)進(jìn)行歸一化，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的權(quán)重w=(0.194,0.223，0.180，0.188，0.215)，即一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重為A=(0.194，0.223，0.180，0.188，0.215)。

同理，求得第二層的權(quán)重。結(jié)果為：

A1=(0.23,0.16，0.17，0.23，0.21)

A2=(0.23，0.25，0.24，0.28)

A3=(0.11，0.27，0.27，0.27，0.08)

A4=(0.5,0.5)

A5=(0.5,0.5)

根據(jù)式(6)得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的置信度d=(0.960，0.960，0.962，0.960,0.961)。由結(jié)果可知：U3的置信度高于U1、U2、U4、U5，表明專家對(duì)U3的評(píng)價(jià)基本相同，由于置信度越高，計(jì)算權(quán)重的可靠性越高，因此U3的權(quán)重可靠性相對(duì)U1、U2、U4、U5更高；而專家對(duì)U1、U2、U4、U5的評(píng)價(jià)有不同的看法，所以其權(quán)重可靠性低。

3.3 模糊評(píng)價(jià)計(jì)算

由集值統(tǒng)計(jì)法得到一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)級(jí)B1：

B1=A1R1

=(0.046 0.385 0.432 0.099 0.038)

同理，B2=(0.109，0.259，0.326，0.260，0.046)，B3=(0.038，0.200，0.465，0.208，0.089)，B4=(0，0.100，0.800，0.050，0.050)，B5=(0，0.250，0.500，0.250，0)，由此可得第二層評(píng)價(jià)矩陣，則二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)為：

=(0.041 0.241 0.498 0.178 0.042)

3.4 系統(tǒng)總得分確定

根據(jù)專家意見，等級(jí)參數(shù)向量為V=(95 85 75 55 25)T，則等級(jí)參數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為：

F=BV=72.57

根據(jù)F判定顧北煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援能力為“(三級(jí))一般”。

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果及措施

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果以及得出的權(quán)重，工人火情識(shí)別及處理能力、應(yīng)急救援裝備技術(shù)水平及可靠性的權(quán)重均為0.5，權(quán)重相對(duì)較大。因此，需要加強(qiáng)井下工人救火素質(zhì)的訓(xùn)練，并定期進(jìn)行有效應(yīng)急演練，更新和改善礦井應(yīng)急救援裝備；另外火情分析能力、火情處理能力、消防救援隊(duì)素質(zhì)的可靠性權(quán)重均為0.27，所以需要對(duì)指揮機(jī)構(gòu)進(jìn)行定期培訓(xùn)，提高指揮救災(zāi)能力；風(fēng)網(wǎng)調(diào)節(jié)能力合格度的可靠性權(quán)重為0.28，應(yīng)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控和控制，加強(qiáng)風(fēng)網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，從而達(dá)到更好的礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力。

4 結(jié)論

本文將模糊綜合評(píng)價(jià)—集值統(tǒng)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，提出礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)模型，并在顧北煤礦進(jìn)行應(yīng)用。主要結(jié)論如下：

(1)邀請(qǐng)專家對(duì)顧北煤礦進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定礦井火災(zāi)應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的每一個(gè)指標(biāo)，得到礦井火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

(2)基于集值統(tǒng)計(jì)法的權(quán)重確定結(jié)果，U1、U2、U4、U5的置信度低于U3，表明顧北煤礦的礦井通風(fēng)系統(tǒng)、礦井防災(zāi)能力、井下工人救火素質(zhì)、礦井應(yīng)急救援裝備均有待提高。

(3)由集值統(tǒng)計(jì)法得到模糊綜合評(píng)價(jià)評(píng)級(jí)，得到顧北煤礦等級(jí)參數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為72.57，表明其應(yīng)急救援能力一般。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出增強(qiáng)該礦應(yīng)急能力的針對(duì)性技術(shù)對(duì)策：煤礦要注意對(duì)井下工人救火素質(zhì)的培訓(xùn)，并定期進(jìn)行有效應(yīng)急演練，更新和改善礦井應(yīng)急救援裝備。