基于AHP的礦井一通三防風險評估研究

李世賢

（云南省鎮(zhèn)雄縣應急管理局礦山救護隊，云南 昭通 657200）

鎮(zhèn)雄縣位于云南省滇、川、黔三省交界，全縣國土面積3696m2，含礦面積占縣國土面積的44%，礦產(chǎn)資源遠景儲量74億噸，屬于國家13個大型礦山開采基地98個礦區(qū)之一，主要可采礦層原礦為低水分、中灰到富灰、低硫到高硫、低磷到高磷、高發(fā)熱量礦種。2018年1-10月鎮(zhèn)雄縣共生產(chǎn)原礦514.98萬噸，洗選礦173.6萬噸。由此可見，礦產(chǎn)業(yè)在該縣的地位舉足輕重，但礦井在開采過程中沒有實現(xiàn)對安全生產(chǎn)事故的有效控制，礦產(chǎn)行業(yè)安全生產(chǎn)形勢依然十分嚴峻。

礦井安全問題自礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展伊始就受到社會和政府的高度重視，一通三防與礦井安全作業(yè)存在最直接的關(guān)系。為了確保礦井安全作業(yè)，展開礦井一通三防風險評估，將層次分析法（AHP）引入礦產(chǎn)領(lǐng)域，從通風系統(tǒng)風險、防塵系統(tǒng)風險、防有害氣體系統(tǒng)風險、防火系統(tǒng)風險四個方面著手，建立起礦井一通三防風險評估模型。

1 層次分析法（AHP）

層次分析法是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。它把復雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，使之條理化，根據(jù)對一定客觀現(xiàn)實的主觀判斷結(jié)構(gòu)把專家意見和分析者的客觀判斷結(jié)果直接而有效地結(jié)合起來，將一層次元素兩兩比較的重要性進行定量描述。而后，利用數(shù)學方法計算反映每一層次元素的相對重要性次序的權(quán)值，通過所有層次之間的總排序計算所有元素的相對權(quán)重并進行排序。

為更好地對層次分析法（AHP）進行描述，這里首先給出層次分析法應用的大致步驟：①識別風險因素及歸類分組；②建立起遞階層次結(jié)構(gòu)模型；③構(gòu)造各層次的判斷矩陣；④層次單排序及一致性檢驗；⑤層次總排序及一致性檢驗。

2 礦井一通三防風險識別

2.1 通風風險識別

礦井通風系統(tǒng)是由通風裝置、通風井巷網(wǎng)絡(luò)、風流監(jiān)測與控制設(shè)施等組成[1]。礦井在通風方面主要風險有礦井外部漏風、通風設(shè)施不合格、通風設(shè)施失修、采掘工作面送風量不足等，這些風險均可從通風系統(tǒng)和通風設(shè)施兩個方面加以防控，如礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化、編制事故預防與處理方案、加強現(xiàn)場通風安全管理、通風設(shè)施檢查與維護等。

2.2 防塵風險識別

有害氣體爆炸通常會伴有粉塵爆炸，粉塵爆炸危險性大、破壞力強，采取綜合措施防止粉塵堆積十分有必要。因此，礦井防塵必須有完善的防塵供水系統(tǒng)，防塵主要管路須安裝水質(zhì)過濾器。從管理角度來說，防塵還須采取綜采工作面、綜掘工作面、炮掘工作面、運輸巷及其它巷道、五地面儲、裝、運系統(tǒng)、隔爆設(shè)施等防塵管理措施以及定期沖刷巷道。

2.3 有害氣體風險識別

有害氣體是礦井安全作業(yè)最危險的因素之一，有害氣體是一種無色、無味、無臭的氣體，該氣體難溶于水、通常漂浮在空氣中，濃度較高時會引起人窒息死亡。氣體爆炸的危害主要有引發(fā)火災、粉塵爆炸，燒死燒傷人員、損壞巷道和設(shè)備、產(chǎn)生大量有毒、有害氣體。因此，礦井作業(yè)事前、事中、事后必須防范有害氣體。預防有害氣體可以從預防氣體積聚、杜絕火源和阻爆隔爆三個方向著手[2]，如安裝氣體檢測報警儀、氣體抽放系統(tǒng)、完善氣體檢查制度。

2.4 防火風險識別

礦井火災是指通常發(fā)生在礦井下巷道、采掘工作面、硐室、采空區(qū)等井下區(qū)域以及井口附近地面的火災。根據(jù)引燃熱源不同，礦井火災可分為外因火災與內(nèi)因火災。外因火災形式主要包括明火、違章放炮、機械摩擦和撞擊、電氣設(shè)備失爆、電路短路或漏電、有害氣體、粉塵爆炸。因此，防火須采取相應的措施加以防范，如安裝消防管理系統(tǒng)、制定防滅火方案、安裝火宅監(jiān)測系統(tǒng)。

3 工程實例

3.1 工程概況

某礦井位于鎮(zhèn)雄縣復試向斜南翼東南段，為一北西～南東向延伸的單斜構(gòu)造，地層總體傾向北東，傾角7 ～30 ，斷裂發(fā)育至礦區(qū)邊部，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復雜，礦井水文地質(zhì)以頂板巖溶裂隙含水層、老空積水充水為主的中等類型，可采礦層圍巖主要是泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理較發(fā)育，無明顯的破碎帶。礦井礦層為低變質(zhì)，工作面回采區(qū)域遺礦較多，采空區(qū)易漏風，不易引起自燃發(fā)火。該礦目前采用傾斜長壁采礦法，爆破落礦，綜采采礦工藝采，采用斜井開拓方式，多礦層聯(lián)合開采。礦區(qū)配有獨立的通風系統(tǒng)、有害氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)、防塵供水系統(tǒng)、煙霧報警系統(tǒng)等。

3.2 指標體系建立

（1）通過對礦井一通三防系統(tǒng)及其安全管理現(xiàn)狀進行實地調(diào)查，定性地、定量地分析礦井一通三防系統(tǒng)有可能存在的全部風險因素，對風險因素按照某些特征進行歸類分組。

（2）以礦井一通三防安全為目標層，以實現(xiàn)目標層可供選擇的各種措施（采掘工作面配風、通風設(shè)施完善及維護、礦井供需風量比；綜合防塵措施、定期沖刷巷道、防塵灑水管道系統(tǒng)安裝及維護；有害氣體檢測報警儀安裝、氣體抽放系統(tǒng)安裝及維護、檢查制度完善；消防管理系統(tǒng)安裝及維護、防滅火方案制定、火宅監(jiān)測系統(tǒng)安裝及維護）為準則層，以通風系統(tǒng)、防塵、防有害氣體、防火為方案層，建立起遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

（3）引入1～9及其倒數(shù)作為因子對比標度[3]。

3.3 構(gòu)造各層次的判斷矩陣

所謂判斷矩陣，其實就是各層次的相互因子權(quán)重矩陣。針對目標層礦井一通三防安全而言，將準則層重要程度進行兩兩對比，可得到準則層相互因子權(quán)重；對于方案層而言，將方案層重要程度進行兩兩對比，可得到方案層相互因子權(quán)重。

3.4 層次單排序及一致性檢驗

所謂層次單排序，是指判斷矩陣經(jīng)過對應于最大特征值的特征向量，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。層次單排下雖然能較客觀地反映出一對因子影響力的差別，但綜合全部比較結(jié)果時，難免包含一定程度的非一致性，因此，需要做一次性檢驗，以滿足各層次判斷矩陣的不一致程度均落在允許的范圍內(nèi)。

3.5 層次總排序及一致性檢驗

通過層次單排序及一致性檢驗后，即可得到一組元素對其上一層中某元素的權(quán)重向量。根據(jù)最終各元素，尤其是方案層對于目標的排序權(quán)重，從而進行方案選擇，即從礦井一通三防安全目標中重點尋找最能影響目標實現(xiàn)的因素。

3.6 MATLAB偽代碼

以下給出層次分析法的MATLAB實現(xiàn)過程，并由偽代碼形式進行表達：

（1）clear；

（2）輸入準則層、方案層的相互因子權(quán)重矩陣，分別求其特征值與特征向量；

（3）按照公式CI=(λ-n)/n-1求出準則層、方案層一致性指標；

（4）查隨機一致性指標表，分別取RI為0.9和1.54，按照公式CR=CI/RI求出準則層、方案層的一致性比例CR；

（5）若CR＜0.1，認為矩陣的不一致程度在允許的范圍內(nèi)，可用其特征向量作為權(quán)向量；若一致性比例CR≥0.1，則應對判斷矩陣做適當修改；

（6）求準則層、方案層權(quán)值；

（7）求總排序權(quán)值；

End

輸出結(jié)果

3.7 評估結(jié)果

利用MATLAB軟件進行編程，得到礦井一通三防風險評估權(quán)值表如表1。

表1 風險評估權(quán)值表

4 結(jié)論

根據(jù)評估結(jié)果，對礦井一通三防風險重要程度依次排序為防火、通風、防塵、有害氣體，因此，針對鎮(zhèn)雄縣某礦井重點對防火進行管控，建議根據(jù)礦井工作面實際情況，有條件地對采空區(qū)及后部灌漿，對地表塌陷坑進行回填，以便減少礦井火災發(fā)生。另外完善通風系統(tǒng)，可以采用進風上山和回風暗立井回風的通風布置方式。