基于層級(jí)分析法的煤礦液壓支架安全評(píng)價(jià)

國(guó)投哈密能源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 李 健

基于層級(jí)分析法的煤礦液壓支架安全評(píng)價(jià)

國(guó)投哈密能源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 李 健

本文以煤礦液壓支架的安全評(píng)價(jià)為研究目標(biāo)，分析了液壓支架的構(gòu)造特點(diǎn)和常見(jiàn)故障，通過(guò)分析影響液壓支架因素的分析，利用層次分析法來(lái)對(duì)整個(gè)煤礦的液壓支架系統(tǒng)的安全狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種方法可以綜合各類(lèi)因素，是一種較為理想的安全狀況綜合評(píng)價(jià)方法。

煤礦；液壓支架；層次分析法；安全評(píng)價(jià)

1.引言

液壓支架是煤礦生產(chǎn)中的重要中的重要機(jī)械部件。在煤礦的機(jī)械化生產(chǎn)中具有重要的作用，一旦發(fā)生安全事故，將造成嚴(yán)重的后果。在當(dāng)前的煤礦液壓支架的運(yùn)行和維護(hù)中，一般是在使用前進(jìn)行安全檢查，然后投入使用。但實(shí)際上多數(shù)的煤礦安全事故不但和機(jī)械設(shè)備有關(guān)系，還和操作人員有直接關(guān)系，因此要考察某類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備的安全狀況，就應(yīng)當(dāng)從多方面來(lái)進(jìn)行綜合考察，如果缺乏對(duì)某類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)安全評(píng)估，將只能被動(dòng)的對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行安全防護(hù)，而不能主動(dòng)的預(yù)防安全事故。本文將以煤礦液壓支架的安全為研究對(duì)象，分析液壓支架的特性和主要的控制指標(biāo)，從系統(tǒng)分析的角度論述煤礦液壓支架安全評(píng)估方法。

2.煤礦液壓支架的構(gòu)造特點(diǎn)及常見(jiàn)故障類(lèi)型分析

煤礦液壓支架主要是由液壓控制系統(tǒng)和金屬結(jié)構(gòu)件組成，其中液壓控制系統(tǒng)又是由液壓部件和控制元部件組成。液壓支架的主要?jiǎng)恿?lái)自于液壓油缸，是保障液壓支架正常工作（如立柱，各類(lèi)千斤頂?shù)龋┑闹匾ＷC。其中液壓控制系統(tǒng)的控制元部件主要有液壓系統(tǒng)操縱閥、安全閥、單向閥等各類(lèi)閥以及其他控制元件。而金屬結(jié)構(gòu)件的主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷，包括各類(lèi)梁、連桿、底座等，以及其他輔助裝置（如推移、伸縮、連接件等）。

由于液壓支架系統(tǒng)的組成部件眾多，因此可能發(fā)生故障的部位也較多，但從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，液壓支架的故障主要有以下三大類(lèi)：結(jié)構(gòu)件故障、液壓系統(tǒng)故障和乳化液泵故障。各類(lèi)故障的主要子類(lèi)別概括如下：

①結(jié)構(gòu)件故障：結(jié)構(gòu)件故障主要包括底座故障、頂梁故障、連桿故障等；②液壓系統(tǒng)故障：液壓系統(tǒng)故障主要包括千斤頂故障(漏液、變形、供液管道故障等)、立柱故障(變形、操作把手故障等)、閥類(lèi)故障(操縱閥故障、控制閥故障和安全閥故障等)；③乳化液泵故障：乳化液泵故障主要包括泵壓不足和乳化液污染等。

除了上述的液壓支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的常見(jiàn)故障類(lèi)型外，工作人員的操作失誤也是導(dǎo)致故障或事故的重要因素，因此在對(duì)液壓支架系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)需要從人員和機(jī)械兩個(gè)大的方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)。接下來(lái)將在對(duì)各類(lèi)主要故障因素分析基礎(chǔ)上，通過(guò)建立綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)既定液壓支架系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)。

3.液壓支架系統(tǒng)安全影響因素綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)選擇

由前文液壓支架系統(tǒng)的常見(jiàn)故障類(lèi)型分析可見(jiàn)，要完成液壓支架系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)所涉及的因素是很多的，因此需要從系統(tǒng)分析的角度才能完成綜合評(píng)價(jià)。在綜合考慮了系統(tǒng)因素和人為因素后，可進(jìn)一步結(jié)合支架系統(tǒng)所在環(huán)境以及管理制度等，進(jìn)而可形成四類(lèi)基本的評(píng)價(jià)因素：｛操作人員因素、液壓支架系統(tǒng)因素、液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素、管理制度因素｝。以上四類(lèi)的因素又可進(jìn)一步細(xì)分為：①操作人員因素：操作人員因素包括操作人員的知識(shí)水平(資質(zhì)、理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、熟練程度)；②液壓支架因素：液壓支架系統(tǒng)因素包括前文分析的主要故障類(lèi)型，不再贅述；③液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素：液壓系統(tǒng)工作環(huán)境因素有兩大類(lèi)，地質(zhì)因素(開(kāi)采深度、煤層厚度、煤層傾角、頂板情況)和環(huán)境因素(粉塵含量、瓦斯含量、溫度)；④管理制度因素：管理制度因素包括操作檔案(安全操作手冊(cè)、操作人員交接班記錄)、維護(hù)保養(yǎng)(支架安全檢查記錄、支架維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、維護(hù)保養(yǎng)人員資質(zhì))、支架的安裝拆卸(安裝拆卸方案、安裝拆卸人員)。

4.綜合評(píng)價(jià)體系

上節(jié)中羅列的液壓支架系統(tǒng)的安全影響因素較多，因此需要選用一種合適的綜合評(píng)價(jià)方法才能完成對(duì)各類(lèi)影響因素的綜合評(píng)定。本文中選用層次分析法來(lái)完成對(duì)上述各類(lèi)影響因素的綜合評(píng)定（層次分析法的具體操作步驟可參照有關(guān)文獻(xiàn)）。按照層次分析法來(lái)對(duì)煤礦液壓支架系統(tǒng)的綜合評(píng)定的步驟為：①構(gòu)建層析分析模型：依據(jù)前文所分析的液壓支架系統(tǒng)的安全影響因素的基本層次，每個(gè)層次的隸屬關(guān)系為單向(括號(hào)中的為各級(jí)子指標(biāo))，可繪制各因素的層次關(guān)系(圖略)。②判斷矩陣的構(gòu)造：依據(jù)層次分析法的基本原理，層次分析模型從最高層到低層的元素逐步增多(不減)，各個(gè)層級(jí)之間的影響因素相互重要性不同，通過(guò)這些影響重要性的量化，并以統(tǒng)一標(biāo)度數(shù)值來(lái)表示，從而可以構(gòu)建二元比較矩陣，從總目標(biāo)層開(kāi)始，依次以上一層元素作為判斷準(zhǔn)則，對(duì)下一層包含的元素建立判斷矩陣。在得到判斷矩陣后，還需要進(jìn)行必要的一致性檢驗(yàn)，知道判斷矩陣中的元素都滿足一致性要求為止，判斷矩陣如表1所示，其中B1，B2，B3，B4分別為操作人員因素、液壓支架因素、液壓支架工作環(huán)境因素和管理體制因素。③確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重：由表1結(jié)果可計(jì)算該矩陣的最大特征值和相應(yīng)的特征向量，以及各影響因素之間的權(quán)重系數(shù)(計(jì)算過(guò)程從略)，其結(jié)果為：判斷特征特征向量(0.1362，0.8881，0.2239，0.3777)，各個(gè)因素的權(quán)重為(B1，B2，B3，B4)=(0.3126/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，0.8881/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，.0.2 239/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)，0.3777/(0.3126+0.8881+0.2239+0.3377)）=(0.084，0.5046，0.138，0..232)。判斷矩陣最大特征值4.05，一致性檢驗(yàn)結(jié)果為(4.05-4)/3=0.017，一致性標(biāo)準(zhǔn)查表為0.9，可得一致性比例為0.017/0.9=0.018<0.1，故構(gòu)造的判斷矩陣滿足層次分析法的基本要求。在此基礎(chǔ)上可對(duì)其他各子層次的影響因素權(quán)重進(jìn)行賦值(計(jì)算結(jié)果從略)。④隸屬度量化：該步驟是完成各子因素對(duì)上一級(jí)指標(biāo)的隸屬程度，是進(jìn)行層析分析計(jì)算的必要步驟，限于篇幅，這里只給出操作人員因素中操作人員的知識(shí)水平(資質(zhì)、理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、熟練程度)的權(quán)重賦值結(jié)果：(資質(zhì)、理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、熟練程度)=(0.096，0.467，0.277，0.16)。⑤安全等級(jí)賦值：給定評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在參照類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)后，很危險(xiǎn)、危險(xiǎn)、較安全、很安全四個(gè)安全等級(jí)，各個(gè)安全等級(jí)的相對(duì)指數(shù)賦值為：(很危險(xiǎn)、危險(xiǎn)、較安全、很安全)=(0.1，0.3，0.6，0.9)。

表1 層次分析法判斷矩陣

5.算例

本文以某煤礦的液壓支架系統(tǒng)為例，按照上述方法進(jìn)行了計(jì)算，得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

B1=0.7447，即液壓設(shè)備的操作人員因素較為理想，B2=0.6，表明液壓支架本身的安全狀態(tài)，較為可靠，B3=0.4115，表明液壓支架的工作環(huán)境還需要進(jìn)一步提高，B4=0.7457，表明液壓支架的管理體系較好，整個(gè)煤礦液壓支架的整體安全評(píng)價(jià)結(jié)果為：

(0.084，0.546，0.138，0.232)×(0.7447，0.6.，04115.，07457)T=0.6199，故整個(gè)煤礦的液壓支架系統(tǒng)的安全狀況安全。

[1]忠良,景國(guó)勛,肖亞寧.液壓支架設(shè)計(jì)使用安全辨[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

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