基于熵-測(cè)度量化的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)

陳錦瑞

(延長(zhǎng)石油集團(tuán)魏墻煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719100)

0 引言

煤礦開采屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，生產(chǎn)條件差且發(fā)生事故的危險(xiǎn)源較多。礦井一旦發(fā)生事故，應(yīng)急救援能力的強(qiáng)度就決定了救援的成效，因此需要提前對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力做出評(píng)價(jià)，了解煤礦企業(yè)現(xiàn)有的應(yīng)急救援能力實(shí)際水平，發(fā)現(xiàn)不足并及時(shí)改進(jìn)。近些年，我國(guó)許多專家學(xué)者在煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法，主要有李叔保等[1]應(yīng)用層次分析法對(duì)煤礦應(yīng)急能力評(píng)價(jià)研究，侯金玲[2]應(yīng)用灰色—模糊綜合法對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，李樹剛等[3]應(yīng)用ANP-BP方法對(duì)煤礦應(yīng)急能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，王春光等[4]利用可拓學(xué)理論對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然而，應(yīng)用上述方法進(jìn)行煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)時(shí)，權(quán)重的計(jì)算受主觀因素影響較大，且不能綜合考慮一些評(píng)價(jià)因素的不確定性和隱蔽性，造成評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況可能不相符合。基于此，引入信息熵與未確知測(cè)度理論對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力進(jìn)行研究。

信息熵理論是美國(guó)數(shù)學(xué)家香農(nóng)為解決信息的度量問(wèn)題提出的概念，利用信息熵確定權(quán)重可以充分利用客觀數(shù)據(jù)所提供的信息來(lái)確定權(quán)重，較好地消除人為因素帶來(lái)的偏差[5-7]。未確知測(cè)度理論由我國(guó)學(xué)者王光遠(yuǎn)[8]在1990年提出，它的特點(diǎn)是可以很好地解決評(píng)價(jià)中諸多因素的不確定性信息，還可以對(duì)其進(jìn)行定量分析。因此將二者相耦合利用，既避免了確定權(quán)重的主觀偏向性，又可定量去分析不確定性因素，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀與實(shí)際情況更吻合。目前，熵-測(cè)度模型被成功應(yīng)用到不同領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)急能力評(píng)價(jià)中[9-12]。所以將耦合模型應(yīng)用到煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)中是一種較為理想和實(shí)用的評(píng)價(jià)方法。

1 煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)體系及等級(jí)劃分

根據(jù)煤礦應(yīng)急救援能力的含義和綜合考慮應(yīng)急救援能力的各影響因素，以國(guó)家安全法規(guī)為基準(zhǔn)并按照科學(xué)性原則、系統(tǒng)性原則、可量化原則、可行性原則構(gòu)建煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。將煤礦應(yīng)急救援能力總體分為危險(xiǎn)源檢測(cè)能力、應(yīng)急準(zhǔn)備能力、應(yīng)急救援執(zhí)行能力和事后恢復(fù)能力4類，再?gòu)?類指標(biāo)中選取19個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，如圖1所示。

圖1 煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為5個(gè)等級(jí)，即為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，分別表示煤礦應(yīng)急救援能力好、較好、一般、較差、差。根據(jù)《煤礦安全生產(chǎn)法》《安全評(píng)價(jià)》和《國(guó)家安全生產(chǎn)事故災(zāi)難應(yīng)急救援預(yù)案》等文獻(xiàn)，以及根據(jù)煤礦現(xiàn)狀及相關(guān)專家建議，對(duì)每一級(jí)都確定了一個(gè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1(Xi代表煤礦應(yīng)急能力各評(píng)價(jià)指標(biāo))。

表1 煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 煤礦應(yīng)急救援能力熵-測(cè)度模型的構(gòu)建

將煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)空間記為X，各應(yīng)急能力評(píng)價(jià)因素分別用x1,x2,…,xn表示，則X=(x1,x2,…,xn)。而每個(gè)評(píng)價(jià)的因素xi具有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)f1,f2,…,fm即F={f1,f2,…,fm}，用xij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因素xi關(guān)于第j個(gè)指標(biāo)fj的測(cè)量值。對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都有l(wèi)個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)c1,c2,…,cg評(píng)價(jià)空間記為U則U={c1,c2,…,cg}，設(shè)第ck為第k級(jí)的評(píng)價(jià)等級(jí)，且k級(jí)比k+1級(jí)強(qiáng)，記為ck>ck+1(k=1,2,…,g)，那么，U={c1,c2,…,cg}就是評(píng)價(jià)空間U上的一個(gè)有序分割類。

2.1 單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣

設(shè)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)因素xi關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)In在評(píng)價(jià)等級(jí)ck處的程度為uijk，記uijk=u，其中是指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的測(cè)量結(jié)果，是一種uijk可能性測(cè)度，要求它符合

0≤u(xij∈ck)≤1

(1)

u(xi∈U)=1

(2)

(3)

其中，式(1)稱為“非負(fù)有界性”，式(2)稱為“歸一性”，式(3)稱為“可加性評(píng)”。滿足以上各式的u為未確知測(cè)度。評(píng)價(jià)因素xi的單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣為

(4)

2.2 信息熵確定指標(biāo)的權(quán)重

(5)

(6)

由于單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣已知，因此可以通過(guò)(5)式和(6)式求得權(quán)重wj。

2.3 多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量

若uik=u(X∈ck)評(píng)價(jià)因素xi屬于第k等級(jí)的程度，則有

(7)

2.4 置信度識(shí)別準(zhǔn)則

為了確定煤礦應(yīng)急救援能力的最后評(píng)價(jià)結(jié)果，引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則：設(shè)λ為置信度(λ≥0.5，通常取0.6或0.7)，如果c1>c2…>cg，且令

(8)

則認(rèn)為此煤礦應(yīng)急救援能力屬于第k0個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)ck0。

3 應(yīng)用實(shí)例

以魏墻煤礦為例，該礦為了驗(yàn)證事故應(yīng)急預(yù)案的合理性和提高煤礦應(yīng)急救援能力，每半年組織一次應(yīng)急演練。并在演練期間邀請(qǐng)事故應(yīng)急救援方面的專家，分工對(duì)演練的每個(gè)程序進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，綜合考核結(jié)果給出煤礦應(yīng)急救援能力等級(jí)，從而發(fā)現(xiàn)礦井在應(yīng)急救援過(guò)程中所存在的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。選取最近一次應(yīng)急演練進(jìn)行評(píng)價(jià)，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的專家賦值結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值

3.1 構(gòu)造單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

根據(jù)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義和煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，構(gòu)建煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)。所確定的測(cè)度函數(shù)如圖2所示。

圖2 各指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

3.2 計(jì)算多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量

將表2中各指標(biāo)的評(píng)價(jià)賦值代入單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)(圖2)中，計(jì)算煤礦應(yīng)救援能力評(píng)價(jià)的單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，得到的評(píng)價(jià)矩陣如下

(9)

應(yīng)用熵理論(5)和(6)式確定魏墻煤礦的應(yīng)急救援能力體系的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，所確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重為(w1,w2…w19)=(0.064 289 7，0.036 601 6，0.036 601 6，0.036 016，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6，0.036 601 6，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6)。然后根據(jù)多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量式(7)和單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣(9)確定二墩煤礦應(yīng)急救援能力體系的多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量為u={0.412 952 5，0.449 554 1，0.119 192 1，0.018 300 8，0}。

3.3 置信度識(shí)別

由于評(píng)價(jià)等級(jí){c1,c2,…,cg}的有序性，建立置信度準(zhǔn)則，取置信度λ=0.7，根據(jù)(8)式可得k0=min|0.412 952 5+0.449 554 1=0.862 250 66>0.7|。所以，由上式可以判斷魏墻煤礦應(yīng)急救援能力等級(jí)屬于Ⅱ級(jí)，即該煤礦的應(yīng)急救援能力較好。應(yīng)用熵-測(cè)度模型所確定的評(píng)價(jià)等級(jí)與專家組對(duì)此次應(yīng)急演練所給出的綜合結(jié)果相符，與該礦的實(shí)際情況相吻合。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)煤礦應(yīng)急救援因素的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，以國(guó)家安全法規(guī)為基準(zhǔn)并依據(jù)科學(xué)性原則、系統(tǒng)性原則、可量化原則、可行性原則建立了煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)引入未確知測(cè)度理論，構(gòu)建煤礦應(yīng)急救援能力的評(píng)價(jià)模型，利用信息熵理論確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，應(yīng)用置信度識(shí)別準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)判定。

(3)將評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于陜北魏墻煤礦，結(jié)果表明，該煤礦的應(yīng)急能力較好，與實(shí)際情況相吻合。所構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型為煤礦應(yīng)急救援能力研究提供了一種新的思路，可以為煤礦事故的預(yù)防及應(yīng)急救援能力的提升方面提供科學(xué)合理的決策支持。