矿业系统工程

矿
业
系
统
工
程
论
文
采矿10—2班
刘文博
11号
模糊综合评价法在煤矿安全评价中的研究应用
李志宏1,牛保江2
(1、国家开发银行山西省分行,山西太原030002;2、山西兰花科技创业股份有限公司,山西晋城048063)
摘要:应用模糊综合评价法对煤矿安全状况这一内涵明确,但外延模糊的问题进行综合评价,给出了评价模型和解算方法,并举例说明了该方法的实用性和方便性。

关键词:模糊综合评价;煤矿安全;评价矩阵
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1672-5050(2008)02-0015-03
安全是煤矿生产的头等大事,也是人们普遍关心的问题。

据1998年全国伤亡事故统计,煤矿的死亡人数占工矿企业事故总死亡人数的51%[1]。

虽然从2002年以来煤矿事故呈下降的趋势,煤矿安全状况较以前有了很大的改善,但伤亡事故仍较严重,重特大事故时有发生。

为了实现煤矿持久安全生产的目标,将煤矿系统的危险性降到最低程度,避免或减少事故可能造成的生命或财产损失,对煤矿安全状况进行评价,可为决策者正确判断当前安全状况及制定相应的对策提供科学的依据,从而有针对性地进行安全事故预防,提高企业安全管理水平。

1 模糊综合评价在煤矿安全评价中适用性分析
模糊综合评价是应用模糊关系合成的原理,从多个因素对评判事物隶属度等级状况进行综合评价的一种方法。

该方法能建立一套从总体上反映评价对象本质的指标体系,然后将各个指标综合成一个能从总体上衡量矿井危险的综合指标。

由于煤矿企业的安全管理工作和生产具有很强的复杂性、多变性、系统性和模糊性,对煤矿企业的安全现状进行评价涉及的内容较多,考虑的因素也较广泛,具有多层次、多指标的特点,且每个指标都不是确定的,为使评价结果能够客观反映矿井的安全状况,减少评价的主观性,增加评价的客观性,选择模糊综合评价法具有其他评价方法所不具备的优点,主要表现在:
a.模糊综合评价结果以向量的形式出现,而不是一个单点值,且这个向量是一个模糊子集,可较为准确地刻划煤矿安全系统本身的模糊状况。

b.评价从层次角度分析复杂对象,既可符合复杂系统的状况,有利于最大限度地客观描述被评价对象,还有利于尽可能准确地确定权数。

c.模糊综合评价既可用于主观因素的综合评价,又可用于客观因素的综合评价,而煤矿安全系统存在大量"亦此亦彼"的模糊现象,使用模糊综合评价可发挥模糊方法的优势。

d.模糊综合评价中的权数属于估价权数,根据评价者的着眼点不同,权数是可以调整的。

2 模糊综合评价方法的数学模型
2.1 确定评价因素论域U
煤矿安全生产是一项庞大的、复杂的系统工程。

影响全矿安全生产的因素是多方面的,必须科学选择评价指标,使评价既简洁,又全面,还要抓住重点。

结合煤矿的实际情况,可建立二级评价模型,从“人、机、环境、管理”(4M)方面考虑,可选取7个一级指标来评价全矿安全生产状况。

即,U={u1,u2,…,u i,…,u7}。

式中,u1为人员状况、u2为生产装备因素、u3为安全管理、u4为环境因素、u5为事故的应急救援、u6为通风安全、u7为自然条件。

其中,u i由第二层次中的n个因素决定,即Ui={ui1,ui2,…,ui j…,,ui n}。

二级评价指标选取可为,u1={文化程度,安全心理状态,日常培训,人员技术素质};u2={设备的完整性,设备的先进性,日常维护};u3={安全投入,安全生产责任制和规章制度,安全技术措施, 安全监督检查,安全教育和培训};u4={工作面气候,噪声,照明,气体环境};u5={应急救援预案的编制,应急救援资源,应急救援队伍的培训与演练};u6={扇风机装置,通风构筑物,矿井等积孔,风流质量,矿井有效风量率};u7={瓦斯涌出量,煤尘,水文地质,自然发火,顶板,地质构造}。

2.2 确定评语等级论域
评价等级论域是评价者对评价对象可能作出的各种总的评价结果所组成的结合,不论评价层次的多少,评价等级论域只有一个,可表示为V={v1,v2,…,v j…,v n}。

一般评价等级个数在4到9之间,常采取“安全(好),较安全(较好),一般安全(一般),较危险(差),很危险(很差)”个等级的模糊表达方式,并根据最大隶属度原则,进行安全等级划分。

2.3 单因素评价矩阵的确定
由于第一层次各因素都是由第二层次(即底一层次)的若干因素决定,所以第一层次每一因素的单因素评价,应是底一层次的多因素综合评价结果。

根据煤矿实际情况,要对评价因素论域中u i(i=1,2,…,7)做单因素评价,一般先应用安全检查表对二级评价指标进行评价,采用比值法(即每一级所占的数目与该指标所有评价项目总数之比)确定第二层次若干因素对评语等级论域中的抉择等级Vj(j=1,2,…,5)的隶属度,得到给出各因素下二级指标的各变换矩阵,即单因素评价矩阵,可表示为:
R=r i11
r i21
r i12…r i1p
r i22…r i2p
⋮
r in1
⋮⋱⋮
r in2…r inp
（1）
其中,矩阵行数的数目等于u i的二级评价指标的个数;矩阵列数的数目等于评价论域等级数
目(这里p=5)。

2.4 建立权重集
在评价因素体系中,每个因素对实现系统评价目标和功能的重要程度各不相同。

权重表示
各因素的相对重要程度,可见,权重是综合评价的重要信息,应根据因素的相对重要性,即因素
对综合评价的贡献确定。

具体确定权重的方法很多,针对煤矿安全系统的复杂性和多变性,可采用定性和定量相结合的层次分析法。

它是在建立系统层次结构后,将同层因素间对上层某
因素重要性进行评价,构造两两判断矩阵,并解该矩阵,得出特征根和特征向量,通过一致性检
验后,得出各层因素的权重。

2.4.1 判断矩阵的构造
判断矩阵是层次分析法的基本信息,也是进行相对比较计算的重要依据。

构造判断矩阵是,要反复比较评价指标,即A i与A j哪个指标对上层次因素影响更大,可以采用一定的数值来说明。

如表1所示:
表2 指标因素判断矩阵
2.4.2 在得到判断矩阵后,需计算各指标的相对权值,即判断矩阵的特征值。

实践中,通常采用计算较简单的和积法计算矩阵特征值的近似值作为权值。

a.将矩阵A 按列归一化
b ij=a ij
a ij
n
i=1（i,j=1,2,…,n ）。

（2）
b.将每一列经正规化后的判断矩阵按行相加, 即:w i= a ij i
j=1。

（3）
c.将得到的和向量正规化,即得权重向量:
w i=w i w i
n i=1
（i,j=1,2,…,n ）。

（4）
d.计算矩阵最大特征根: λmax= A w ij n （w
i
）n i=1
（5）
得到矩阵特征值后需进行一致性检验,以保持评价者对多因素评判的思想逻辑的一直性,使
各评判之间协调一致,而不会出现内部矛盾的结果。

当判断完全一致时,应该有,其余特征根为零。

一致性指标C.I.为: C.I.=
λmax −n
n
（6）
当不一致时,只要满足C.I./C.R.<0.1 ,可认为所得比较矩阵的判断结果可以接受。

其中,C.R.为平均随机一致性指标,其取值如表3所示:
表3 C.R.取值表
根据每一层次中各个因素的重要程度,分别赋予每个因素以相应的权重值,则可表示为: 第一层次:A={a 1,a 2,…,a 7} ;第二层次:A i ={a i1,ai2,…,a in } ;权重系数满足:
a ij 7i=1=1 a in n i=1
b ij =1 （7）
2.5 建立综合评价模型
根据煤矿安全评价这一受多因素影响的特点,采用加权平均型的综合评价方法进行评价,即
依照权重的大小对所有因素均衡兼顾。

由于采用二级评价模型,必须进行二级模糊综合评价。

则二级模糊综合评价集B
为:
B =A 1 ·B 1 =A · B 1 B 2 ⋮B m
=A · A 1 ·B 1 A 2 ·B 2 A m ⋮· B m =（b 1 ，b 2 ，…，b p ） 式中:“·”是模糊算子。

在综合评价的加权平均模型M(+,·)中,“+”，“0”分加表示普通
加法和乘法,有
b j = a i m i=1R ij (j=1,2,…,n ) (8)
3 某矿安全状况综合评价等级
用上述加权平均模型对某矿安全状况进行评价,得到:
B = A ·R
i= (0.87,0.45,0.03,0,0) (9) 可知,该矿的综合安全状况隶属于“安全、较安全、一般、危险、很危险”的隶属度分别为“0.87,0.45,0.03,0,0”根据最大隶属度原则,该矿的综合安全状况隶属于安全。

4 某矿安全状况综合评价等级
文中提出的评价模型同时考虑了安全状况多因素的综合影响,对煤矿安全受多因素、不确定性影响的较复杂系统的研究分析具有一定的实用价值。

但还不够全面和完善,有的地方没有更好地、更细致地涉及到,因此,评价指标体系有待进一步研究。

只要给出因素体系中最低层的各变换矩阵,即单因素评价矩阵,再给出各层次的权重值矩阵,便可求得任意层次中的任何综合评价结果和最终的综合评价结果。

得到一个评价数值不是我们评价的目的,应根据评价的结果,结合检查表中的不合格项或是一般项,进行持续改进并达到安全生产的目的,才是评价的根本目的。