輪斗－卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)體系研究

徐漢寶

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

安全與環(huán)保

輪斗－卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)體系研究

徐漢寶

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

輪斗－卡車采礦工藝具有工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活和便于選采等特點(diǎn)，在我國(guó)煤礦已得到應(yīng)用。應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，通過(guò)對(duì)輪斗－卡車采礦工藝各環(huán)節(jié)的研究，建立適合的安全評(píng)價(jià)體系，為礦山的安全生產(chǎn)提供保障。

輪斗－卡車；采礦工藝；安全評(píng)價(jià)；模糊綜合評(píng)價(jià)

0 引言

輪斗－卡車工藝是采用輪斗挖掘與卡車運(yùn)輸相互配合的半連續(xù)工藝，它有輪斗連續(xù)工藝自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、開采強(qiáng)度大及選采適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，又保留了卡車間斷工藝的機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。

輪斗－卡車工藝已在煤礦得到應(yīng)用[2]，如白音華礦區(qū)和國(guó)投哈密一礦一分區(qū)，都采用了此種工藝進(jìn)行采煤。隨著現(xiàn)有礦山生產(chǎn)工藝的多樣化，輪斗－卡車工藝將逐步在礦山生產(chǎn)中得到推廣。在目前我國(guó)對(duì)礦山安全生產(chǎn)的嚴(yán)格管控的背景下，各個(gè)礦山企業(yè)已引進(jìn)“質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化”、“風(fēng)險(xiǎn)管理”等手段達(dá)到礦山安全生產(chǎn)的目標(biāo)，此時(shí)，對(duì)礦山生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中潛在風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)開采工藝系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)將更具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 安全評(píng)價(jià)方法選擇

安全評(píng)價(jià)是一個(gè)系統(tǒng)工程，隨著安全在礦山生產(chǎn)中逐步得到重視，各種安全評(píng)價(jià)體系和方法也逐步得到開發(fā)和應(yīng)用[3]。常見安全評(píng)價(jià)方法有定性分析法、定量分析法、概率風(fēng)險(xiǎn)價(jià)法和危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法等，具體方法主要有專家評(píng)議法、安全檢查表分析法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、安全度分析法、故障假設(shè)分析法、層次分析法以及模糊綜合評(píng)價(jià)法等。

現(xiàn)有常用的礦山生產(chǎn)工藝安全評(píng)價(jià)方法主要是用于評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)中存在的人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)等?？紤]到輪斗－卡車采礦工藝具有多種屬性，既要考慮大型設(shè)備的調(diào)移環(huán)節(jié)、采裝作業(yè)環(huán)節(jié)，又要考慮后續(xù)的運(yùn)輸環(huán)節(jié)[4]，同時(shí)還要兼顧工藝中輔助環(huán)節(jié)的作業(yè)安全。每個(gè)工藝環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又有絕對(duì)聯(lián)系的整體，對(duì)工藝進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)因素做綜合考慮，即需要對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?？紤]到輪斗－卡車采礦工藝的多因素、多環(huán)節(jié)和多層次的特性，模糊綜合評(píng)價(jià)方法適合此工藝的安全評(píng)價(jià)。

2 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

糊綜合評(píng)價(jià)考慮被評(píng)價(jià)事物相關(guān)因素的內(nèi)在關(guān)系，構(gòu)造不同層級(jí)的模糊子集，應(yīng)用模糊變換等原理，最終對(duì)各層級(jí)各指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

設(shè)評(píng)價(jià)因素級(jí)為U={u1，u2，u3，……um}，其中，ui（i=1，2，3，……m）是評(píng)價(jià)因素集中的第i個(gè)被評(píng)價(jià)因素；

評(píng)語(yǔ)級(jí)為V={v1，v2，v3，……vn}，其中，vj（j= 1，2，3，……n）是評(píng)語(yǔ)集中的第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，評(píng)語(yǔ)等級(jí)可用優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)或其他表示方式來(lái)描述。

模糊評(píng)價(jià)一般分幾個(gè)步驟。

1）首先對(duì)評(píng)價(jià)因素集合中的各個(gè)單因素ui（i= 1，2，3，……m）做單因素評(píng)價(jià)，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)為vj（j=1，2，3，……n），從ui確定的單因素評(píng)語(yǔ)集可設(shè)為ri：

ri即為選擇集V上的模糊子集，此時(shí)評(píng)價(jià)集中有m個(gè)被評(píng)價(jià)因素，即有m個(gè)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，可確定出m個(gè)單因素評(píng)語(yǔ)集，這樣即可利用評(píng)價(jià)矩陣與評(píng)語(yǔ)集的笛卡爾乘積得到一個(gè)綜合評(píng)價(jià)的模糊矩陣R。

2）在諸多的評(píng)價(jià)因素ui（i=1，2，3，……m）中，有些因素在總評(píng)價(jià)中的影響程度可能大些，而另一些因素在評(píng)價(jià)中的影響程度可能小一些，影響的程度大小即是一個(gè)模糊擇優(yōu)問(wèn)題，此時(shí)可為影響程度大小建立出一個(gè)模糊子集A。

3）當(dāng)模糊子集A和模糊關(guān)系矩陣R為已知時(shí)，可做模糊變換進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，即

3 輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)

3.1 輪斗-卡車采礦工藝安全因素分析

輪斗挖掘機(jī)是基于鏈斗挖掘機(jī)和單斗挖掘機(jī)等設(shè)備逐步發(fā)展起來(lái)的，是目前效率較高的挖掘設(shè)備，由受料臂、排料臂等較大結(jié)構(gòu)組成，是目前礦山中最大的成套挖掘設(shè)備之一[5]。輪斗-卡車工藝有多重環(huán)節(jié)，以其作業(yè)形式可分為輪斗調(diào)移環(huán)節(jié)、采裝環(huán)節(jié)、卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)和輔助作業(yè)環(huán)節(jié)，以輪斗-卡車工藝中采裝環(huán)節(jié)為例，又可以分為如下具體環(huán)節(jié)：

1）工作前準(zhǔn)備，司機(jī)及其機(jī)組人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，考試合格取得上崗證后，方可上機(jī)操作，嚴(yán)禁出現(xiàn)無(wú)證等“三違”情況出現(xiàn)，開采方案、安全技術(shù)措施等技術(shù)交底和貫徹落實(shí)到位后方可進(jìn)行開采作業(yè)，嚴(yán)禁出現(xiàn)未交底、貫徹或貫徹未到位就操作施工的情況，是否做好交接班記錄，嚴(yán)禁出現(xiàn)未交接班即作業(yè)情況；

2）采裝工作安排，采裝工作面具體安排要符合設(shè)計(jì)，嚴(yán)禁出現(xiàn)違反作業(yè)規(guī)程、操作規(guī)程等情況，采裝工作線推進(jìn)方向的安排要考慮整體規(guī)劃，裝車工作面的安排要符合裝車作業(yè)要求，保證裝車作業(yè)安全，留足采裝、運(yùn)輸設(shè)備之間的安全距離，嚴(yán)禁出現(xiàn)違規(guī)作業(yè)；

3）安全用品檢查，作業(yè)人員是否佩戴好防塵口罩、安全帽等勞保用品，是否使用專業(yè)的配套工具，機(jī)上是否配備滅火器等消防設(shè)施，是否定期檢查、更換，做到不安全不施工；

4）設(shè)備檢查，要檢查設(shè)備檢修等記錄是否齊全，各項(xiàng)電氣設(shè)備是否完好，采裝設(shè)備是否完好，杜絕設(shè)備帶病作業(yè)；

5）采裝作業(yè)情況，采掘工作面礦體的結(jié)構(gòu)是否滿足輪斗的開采要求，由于輪斗斗輪尺寸的影響，考慮到采裝效率，礦體的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足輪斗技術(shù)要求，采掘工作面礦體的傾角是否滿足輪斗技術(shù)參數(shù)的要求，輪斗的自身結(jié)構(gòu)要求礦體傾角不能大于其額定最大允許角度，礦體的巖性是否適合輪斗開采，輪斗采礦時(shí)有其線切割阻力的要求，采、裝能力及質(zhì)量是否達(dá)到預(yù)期，輪斗-卡車工藝最重要的一個(gè)考核指標(biāo)是其實(shí)際的工作能力是否滿足實(shí)際需求，采裝質(zhì)量知否符合要求。

輪斗-卡車采礦工藝其他環(huán)節(jié)亦具有其具體環(huán)節(jié)，分析方法同上。

3.2 輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)體系建立

3.2.1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

輪斗－卡車采礦工藝的安全評(píng)價(jià)體系是多層次、多因素的，安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取將決定被評(píng)價(jià)體系最終的安全度。根據(jù)以上對(duì)本工藝系統(tǒng)的分析，具體環(huán)節(jié)有輪斗調(diào)移環(huán)節(jié)、輪斗開采環(huán)節(jié)、卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)和輔助作業(yè)4個(gè)主要環(huán)節(jié)，即本評(píng)級(jí)體系一級(jí)指標(biāo)，具體如圖1所示。

圖1 輪斗－卡車工藝安全評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)

考慮到輪斗－卡車工藝中各個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，在一級(jí)指標(biāo)的基礎(chǔ)上還需對(duì)各個(gè)安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個(gè)子環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即二級(jí)指標(biāo)的選取。根據(jù)上節(jié)對(duì)輪斗－卡車工藝中的采裝環(huán)節(jié)的分析，共有以下幾個(gè)子環(huán)節(jié)：工作前準(zhǔn)備；采裝工作安排；安全用品檢查；設(shè)備檢查；采裝作業(yè)情況等。同樣，其他幾大環(huán)節(jié)同樣具有其子環(huán)節(jié)：輪斗調(diào)移環(huán)節(jié)，有調(diào)移前準(zhǔn)備、調(diào)移線路的安排、調(diào)移過(guò)程中管控等子環(huán)節(jié)；卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)，有運(yùn)輸準(zhǔn)備工作、運(yùn)輸車輛檢查、運(yùn)輸過(guò)程中監(jiān)控等子環(huán)節(jié)；輔助作業(yè)環(huán)節(jié)，有輔助設(shè)備的安排、輔助設(shè)備配合作業(yè)等子環(huán)節(jié)。

以上各個(gè)子環(huán)節(jié)數(shù)量較多，且這些指標(biāo)對(duì)工藝系統(tǒng)的影響都舉足輕重，現(xiàn)有礦山安全評(píng)價(jià)引入風(fēng)險(xiǎn)值概念，即利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法，對(duì)礦山進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)，同時(shí)給出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[6]。風(fēng)險(xiǎn)值一般由風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性及發(fā)生后可能造成的損失兩者決定。根據(jù)礦山生產(chǎn)的特點(diǎn)，工藝風(fēng)險(xiǎn)值一般分為4類：一般風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、重大風(fēng)險(xiǎn)和特別重大風(fēng)險(xiǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)值范圍可劃分為4個(gè)檔，依次為1～10、11～20、21～30和31～40，由此可確定本工藝系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的二級(jí)評(píng)價(jià)因素集合，即X={特別重大風(fēng)險(xiǎn)x1，重大風(fēng)險(xiǎn)x2，中等風(fēng)險(xiǎn)x3，一般風(fēng)險(xiǎn)a4}。二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取后，還需對(duì)每個(gè)指標(biāo)再做細(xì)分，即三級(jí)指標(biāo)，如針對(duì)于采裝環(huán)節(jié)的一般風(fēng)險(xiǎn)有工作前準(zhǔn)備、采裝工作安排和安全用品檢查。鑒于輪斗－卡車工藝作業(yè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，對(duì)三級(jí)指標(biāo)仍然可以做具體細(xì)分，如工作前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)可細(xì)分為：司機(jī)必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，考試合格取得上崗證后，方可上機(jī)操作；采裝方案、安全技術(shù)措施等技術(shù)交底、方案貫徹是否到位等。以輪斗－卡車采礦工藝中采裝環(huán)節(jié)為例，選取其一般風(fēng)險(xiǎn)做評(píng)價(jià)見表1所示。

表1 采裝作業(yè)環(huán)節(jié)一般風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.2.2 工藝系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集

對(duì)輪斗－卡車采礦工藝評(píng)價(jià)最終需給出評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以是等級(jí)也可以是評(píng)分區(qū)間，結(jié)合工藝系統(tǒng)中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)差異性，確定評(píng)價(jià)集為Y={優(yōu)，良，中，差}，設(shè)Yj為評(píng)分取值，則4個(gè)評(píng)級(jí)取值依次為：①0＜Yj≤0.1，取Yj=0；②0.1＜Yj≤0.3，取Yj=0.2；③0.3＜Yj≤0.5，取Yj=0.4；④0.5＜Yj≤0.6，取Yj=0.6。

3.2.3 確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重值

1）一級(jí)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)是工藝系統(tǒng)中各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)重要程度賦予其權(quán)重，考慮到安全評(píng)價(jià)的目標(biāo)，以各個(gè)環(huán)節(jié)的總體風(fēng)險(xiǎn)值做為考核標(biāo)準(zhǔn)，其中輪斗調(diào)移環(huán)節(jié)的總體風(fēng)險(xiǎn)值a1為51，采裝環(huán)節(jié)總體風(fēng)險(xiǎn)值a2為54，卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)總體風(fēng)險(xiǎn)值a3為36，輔助作業(yè)環(huán)節(jié)總體風(fēng)險(xiǎn)值a4為12，采用歸一化處理，即：A1i=ai/(a1+a2+a3+a4)，其中A1i為一級(jí)指標(biāo)第i項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，ai為第i個(gè)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)值。得出一級(jí)指標(biāo)中，調(diào)移環(huán)節(jié)權(quán)重A11=0.33，采裝環(huán)節(jié)權(quán)重A12=0.36，運(yùn)輸環(huán)節(jié)權(quán)重A13=0.23，輔助作業(yè)環(huán)節(jié)權(quán)重A14=0.08。

2）二級(jí)指標(biāo)。二級(jí)指標(biāo)是基于一級(jí)指標(biāo)而設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)值劃分，根據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)值范圍賦予權(quán)重。3.2.1中已給出四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)及取值范圍，即：一般風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、重大風(fēng)險(xiǎn)和特別重大風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)其取值的中位數(shù)采用歸一化處理得出二級(jí)指標(biāo)權(quán)重A2i=（0.06，0.19，0.31，0.44）。

3）三級(jí)指標(biāo)。三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重是對(duì)同一一級(jí)指標(biāo)下不同的二級(jí)指標(biāo)設(shè)定的，以表1所列舉的采裝作業(yè)環(huán)節(jié)一般風(fēng)險(xiǎn)（二級(jí)指標(biāo)）為例，三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重見表2。

表2 采裝作業(yè)環(huán)節(jié)一般風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重

4）四級(jí)指標(biāo)。四級(jí)指標(biāo)是基于三級(jí)指標(biāo)而設(shè)定的，具體到操作施工的每一個(gè)細(xì)節(jié)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)的安全都無(wú)差異地影響到三級(jí)指標(biāo)的安全性，即四級(jí)指標(biāo)相對(duì)于三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重為這個(gè)三級(jí)指標(biāo)下四級(jí)指標(biāo)個(gè)數(shù)的倒數(shù)。如上表2所述的安全用品檢查這個(gè)三級(jí)指標(biāo)，其四級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 安全用品檢查環(huán)節(jié)權(quán)重

3.2.4 安全評(píng)價(jià)體系層次模型

根據(jù)上述安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取，輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)的層次共分4層，輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)層次模型如圖2所示。

圖2 輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)層次模型

4 結(jié)論

主要圍繞輪斗-卡車采礦工藝評(píng)價(jià)，考慮了四級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)、若干項(xiàng)評(píng)價(jià)因素建立輪斗-卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)的多層次結(jié)構(gòu)模型，采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)輪斗-卡車采礦工藝安全性做出評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)此工藝生產(chǎn)中控制各個(gè)環(huán)節(jié)的安全性提供一定指導(dǎo)性。

1）在指標(biāo)的建立上，根據(jù)收集的輪斗-卡車工藝的各項(xiàng)技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)資料，結(jié)合現(xiàn)有礦山安全評(píng)價(jià)方法建立適當(dāng)?shù)陌踩u(píng)價(jià)層次模型。

2）模糊綜合評(píng)價(jià)法的引入，使得各項(xiàng)指標(biāo)處理上更符合實(shí)際，使今后的礦山安全評(píng)價(jià)更具科學(xué)性、實(shí)用性。

3）對(duì)輪斗-卡車采礦工藝進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，通過(guò)計(jì)算，此種工藝安全度為0.17，根據(jù)評(píng)級(jí)范圍，等級(jí)屬于良。

4）對(duì)輪斗-卡車采礦工藝各環(huán)節(jié)分別做出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、權(quán)重比對(duì)等，使得利用此種工藝生產(chǎn)的礦山能夠從根源上降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地減少礦山經(jīng)濟(jì)損失。

［1］姬長(zhǎng)生.我國(guó)露天煤礦開采工藝發(fā)展?fàn)顩r綜述［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（3）：297-300.

［2］王忠鑫，王燁欣.全液壓輪斗挖掘機(jī)采煤方法［J］.露天采礦技術(shù)，2014，12：46-49.

［3］劉鐵民，張興凱，劉功智.安全評(píng)價(jià)方法應(yīng)用指南［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：4-16.

［4］徐漢寶，張振芳，孫金龍.基于層次灰關(guān)聯(lián)分析法的露天礦汽車輪胎選型［J］.化工礦物與加工，2012，8：29-32.

［5］李曉豁.露天采礦機(jī)械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010：127-129.

［6］董漢寧.單斗－卡車剝離工藝安全評(píng)價(jià)體系研究［J］.采礦技術(shù)，2014，14（4）：63-66.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Research on safety evaluation system of bucket wheel excavator-truck mining technology

XU Hanbao
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The bucket wheel excavator－truck mining technology has the characteristic of simple and flexible and easy to selecting mining.Using the fuzzy comprehensive evaluating method,through researching the each link of bucket wheel excavator－truck mining technology,the mine establishes the appropriate safety evaluation system,which could provide safeguard for mining safety production.

bucket wheel excavator－truck;mining technology;safety evaluation;fuzzy comprehensive evaluation

TD77+1

B

1671－9816（2017）02－0076－04

徐漢寶.輪斗－卡車采礦工藝安全評(píng)價(jià)體系研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：76－79.

2016－08－25

徐漢寶（1986—），男，江蘇東海人，碩士，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)工作于中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，主要從事露天礦設(shè)計(jì)工作，

DOI∶10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.021