基于變權(quán)可拓理論的煤礦安全風(fēng)險預(yù)警

靳澤鵬, 趙江平，劉 茜

(西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，西安 710055)

近年來國內(nèi)外專家針對煤礦安全風(fēng)險評估展開了一系列研究，主要包括TOPSIS分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊層次分析、熵權(quán)-集對分析等[1-5]。盡管國內(nèi)外關(guān)于煤礦安全風(fēng)險評估取得了不少成果，但現(xiàn)有研究以安全風(fēng)險評價分析為主，少有煤礦風(fēng)險預(yù)警和控制的研究。本文引入變權(quán)可拓理論[6-7]，建立煤礦風(fēng)險預(yù)警模型，以期為煤礦安全風(fēng)險預(yù)警防范工作提供理論支撐。

1 煤礦安全風(fēng)險預(yù)警指標體系

根據(jù)企業(yè)風(fēng)險辨識分析，結(jié)合《礦山安全法》和《煤礦安全規(guī)程》等相關(guān)法律法規(guī)，并遵循科學(xué)性、原則性和可操作性等原則，參照指標體系建立的相關(guān)研究[8-9]，構(gòu)建煤礦安全風(fēng)險預(yù)警指標體系，如圖1所示。

圖1 煤礦安全風(fēng)險預(yù)警指標體系

2 基于變權(quán)可拓理論的風(fēng)險預(yù)警模型構(gòu)建

2.1 可拓理論與AHP相結(jié)合的指標權(quán)重確定

根據(jù)煤礦生產(chǎn)過程中預(yù)警指標變化的敏感性差異，采用專家打分法對一級指標及人員和管理的二級指標按總分的排序構(gòu)造判斷矩陣A；采用可拓動態(tài)權(quán)重法對設(shè)備和環(huán)境的二級指標按指標實測值距Ⅳ級值域的標準化距離排序構(gòu)造判斷矩陣A，結(jié)合層次分析法確定預(yù)警指標的權(quán)重wi。指標權(quán)重確定流程如圖2所示，具體步驟如下：

1) 根據(jù)判斷矩陣計算重要性排序，同時求其最大特征根λmax所對應(yīng)的特征向量。方程如下：

Aw=λmax·w

(1)

2) 計算一致性指標。

(2)

3) 計算一致性比率。

(3)

若一致性比率CR≤0.1，則通過一致性檢驗。

在可拓動態(tài)權(quán)重法中，指標實測值距Ⅳ級預(yù)警值域的標準化距離公式為：

(4)

L越小，說明該項預(yù)警指標距離Ⅳ級預(yù)警值域越近，其風(fēng)險敏感度越高，故其指標權(quán)重也更大。

圖2 可拓理論與AHP相結(jié)合確定指標權(quán)重流程

2.2 經(jīng)典域、節(jié)域和待預(yù)警物元的確定

1) 經(jīng)典域物元。

(5)

式中：Rj為物元R的經(jīng)典域；Nj為煤礦風(fēng)險等級中第j個預(yù)警等級；ci為煤礦風(fēng)險預(yù)警指標；Vji為預(yù)警等級Nj關(guān)于ci的取值范圍，而aji和bji為該量值域的上界值和下界值。

2) 節(jié)域物元。

(6)

式中:Np為煤礦所有的預(yù)警等級，Vpi為Ci在預(yù)警等級Np下的取值范圍，ap1和bp1分別為Ci在所有預(yù)警等級的上界值和下界值。

3) 待預(yù)警物元。

(7)

式中:Tt為待預(yù)警事物，Vi為Tt關(guān)于預(yù)警指標Ci的量化值。

2.3 單項預(yù)警指標對單項預(yù)警等級關(guān)聯(lián)度的確定

單項預(yù)警指標可通過構(gòu)造最優(yōu)點在區(qū)間中點的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算單項預(yù)警指標的關(guān)聯(lián)度，即關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

(8)

式中:ρ(Vi,Vji)為點Vi到點Vji的距離，且：

(9)

2.4 系統(tǒng)預(yù)警等級綜合關(guān)聯(lián)度的確定

系統(tǒng)預(yù)警的綜合關(guān)聯(lián)度為：

(10)

3 實例應(yīng)用

本文以S省某煤礦為例進行風(fēng)險預(yù)警，該煤礦可采儲量0.96億t，礦區(qū)占地面積11.24 km2，年平均生產(chǎn)煤炭量120萬t，地貌表現(xiàn)主要為黃土梁崗和河流階地區(qū)，地形起伏變化小。本文通過對該煤礦相關(guān)資料整理和35位職工及管理人員走訪調(diào)研，獲取風(fēng)險預(yù)警指標的實測值。

根據(jù)礦業(yè)領(lǐng)域雙重預(yù)防機制建設(shè)要求，將風(fēng)險預(yù)警等級劃分為4個級別，即Ⅰ級(低風(fēng)險)、Ⅱ級(一般風(fēng)險)、Ⅲ級(較大風(fēng)險)和Ⅳ級(重大風(fēng)險)，并結(jié)合煤礦與非煤礦山安全評價指導(dǎo)手冊和相關(guān)行業(yè)標準確定預(yù)警等級的量值域[10]。

基于上述煤礦風(fēng)險預(yù)警指標的預(yù)警等級和量值域，確定煤礦風(fēng)險預(yù)警的經(jīng)典域物元Rj、節(jié)域物元Rp和待預(yù)警物元Rt，見表1。

根據(jù)專家打分法和可拓動態(tài)權(quán)重法構(gòu)造風(fēng)險預(yù)警指標的判斷矩陣，計算風(fēng)險預(yù)警指標的權(quán)重、關(guān)聯(lián)度和預(yù)警等級，見表2。根據(jù)式(10)計算煤礦的綜合關(guān)聯(lián)度和系統(tǒng)預(yù)警等級，見表3。

根據(jù)單項預(yù)警指標與各預(yù)警等級的關(guān)聯(lián)度結(jié)果，所有預(yù)警指標均低于Ⅳ級預(yù)警等級，6項預(yù)警指標處于處于Ⅲ級預(yù)警等級，8項預(yù)警指標處于Ⅱ級預(yù)警等級，6項預(yù)警指標處于Ⅰ級預(yù)警等級。從系統(tǒng)整體來看，煤礦的綜合關(guān)聯(lián)度為(-0.020 1，0.031 7，-0.121 3，-0.486 4)，即該煤礦處于Ⅱ級預(yù)警等級。

表1 煤礦安全風(fēng)險預(yù)警的經(jīng)典域、節(jié)域和待預(yù)警物元

表2 煤礦安全風(fēng)險預(yù)警指標權(quán)重和關(guān)聯(lián)度

表3 煤礦綜合關(guān)聯(lián)度和預(yù)警等級

4 結(jié) 語

1) 根據(jù)指標敏感性差異建立利用可拓理論和層次分析法的預(yù)警指標動態(tài)賦權(quán)方法，構(gòu)造了指標實測值距Ⅳ級預(yù)警值域的標準化距離公式。

2) 應(yīng)用可拓理論建立煤礦風(fēng)險預(yù)警模型，利用可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)計算單項預(yù)警指標關(guān)于預(yù)警等級關(guān)聯(lián)度，根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度確定系統(tǒng)預(yù)警等級。

3) 以某煤礦為實例分析，得出單指標預(yù)警等級和煤礦系統(tǒng)預(yù)警等級。驗證了模型的適用性，為煤礦系統(tǒng)級預(yù)警提供了新的思路。