基于層次分析法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法探討

研究背景

　　煤礦是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，在一個(gè)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(duì)煤礦生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行安全態(tài)勢(shì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，困難之處就是要對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行相互比較，計(jì)算不同指標(biāo)對(duì)生產(chǎn)區(qū)域的影響權(quán)重。

　　目前，國(guó)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(xiǎn)智能評(píng)價(jià)模型和算法，應(yīng)用較多的主要包括四大類：專家評(píng)價(jià)方法、運(yùn)籌學(xué)方法（模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法）、新型評(píng)價(jià)方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色評(píng)判）、混合方法等。這些方法各有其優(yōu)、缺點(diǎn)和使用范圍，突出問題是這些評(píng)價(jià)方法面向的風(fēng)險(xiǎn)因素較為單一，智能評(píng)價(jià)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(jià)值有限，難以實(shí)現(xiàn)全過程、全方位的重大安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，無法保證評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，全面、系統(tǒng)的重大風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警平臺(tái)尚未建立。

　　在眾多的評(píng)價(jià)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(duì)構(gòu)建的評(píng)價(jià)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(duì)重要性。當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多時(shí)，直接賦以權(quán)重往往非常困難，但是比較兩個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程度則非常容易。

　　當(dāng)采用專家評(píng)價(jià)法時(shí)，通常是對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行人工判定直接賦值，或者針對(duì)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(duì)重要程度，受人為判斷影響嚴(yán)重，指標(biāo)較多時(shí)極容易出現(xiàn)邏輯性錯(cuò)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(píng)價(jià)方法，能將層次分析法和專家評(píng)價(jià)法結(jié)合，科學(xué)、合理地給指標(biāo)賦以權(quán)重，能夠動(dòng)態(tài)計(jì)算生產(chǎn)區(qū)域的安全態(tài)勢(shì)。

　　2   研究方法

　　基于層次分析法的煤礦生產(chǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，分以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。

　?。?）建立生產(chǎn)區(qū)域安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型。

　　按照礦井生產(chǎn)實(shí)際中的“人、物、環(huán)、管”四要素，建立安全生產(chǎn)區(qū)域四級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中一至三級(jí)為綜合指標(biāo)，即其可以繼續(xù)細(xì)分為多個(gè)下級(jí)指標(biāo)，四級(jí)指標(biāo)為末級(jí)指標(biāo)，不可再分。

　?。?）利用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重賦值。

　?、贅?gòu)造判斷（成對(duì)比較）矩陣。

　　對(duì)于已構(gòu)建的指標(biāo)體系，在同一級(jí)別各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間，構(gòu)造判斷矩陣。

　　以表1中二級(jí)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(duì)重要性，如人員素質(zhì)對(duì)技術(shù)裝備的重要性為1/2，則技術(shù)裝備對(duì)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(píng)價(jià)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。

　?、谥笜?biāo)單排序及判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。

　　判斷矩陣構(gòu)造完成后，計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)較多時(shí)，通過構(gòu)造判斷矩陣，受限于人們認(rèn)識(shí)的多樣性和客觀現(xiàn)實(shí)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(cuò)誤，造成初步計(jì)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(cuò)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(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)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(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果滿足要求時(shí)，各指標(biāo)的權(quán)重賦值才可采用進(jìn)行評(píng)價(jià)。

　?。?）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(shí)，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(shì)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(duì)引起這一變化的原因進(jìn)行處理。

　?。?）評(píng)價(jià)指標(biāo)扣分方法設(shè)定。

　　對(duì)于層次分析模型中的最低一層，即單獨(dú)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(duì)于礦井瓦斯等級(jí)、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(duì)于瓦斯?jié)舛鹊葎?dòng)態(tài)指標(biāo)，則默認(rèn)設(shè)定為100。

　　初始賦值以后，需要對(duì)每個(gè)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(jì)算出其上一級(jí)指標(biāo)的分值，再根據(jù)上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算出更上一級(jí)的分值，直至計(jì)算出最高級(jí)別的總得分。 　　對(duì)于每一指標(biāo)的具體扣分值，可以通過不同級(jí)別指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算出各指標(biāo)對(duì)最上層指標(biāo)的影響權(quán)重，比如甲烷濃度對(duì)瓦斯災(zāi)害的影響權(quán)重是40%，瓦斯災(zāi)害對(duì)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(duì)生產(chǎn)區(qū)域的影響權(quán)重是41.6%，那么可以計(jì)算出甲烷濃度對(duì)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(shí)，計(jì)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(duì)權(quán)重問題。例如對(duì)瓦斯災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)，共有甲烷濃度等多個(gè)指標(biāo)，各個(gè)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(jì)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(jì)算。