基于模糊層次分析法的非金屬礦山安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)研究

白世虎

（宜昌市夷陵區(qū)應(yīng)急管理局，湖北宜昌 443000）

湖北省磷礦資源豐富，儲(chǔ)量高居全國(guó)第一，其中尤以鄂西宜昌地區(qū)為主，儲(chǔ)量占全省儲(chǔ)量的70%以上，遍布有71家磷礦企業(yè)。然而隨著礦產(chǎn)資源的不斷開采，部分礦山的開采深度也逐年增加，開采環(huán)境愈加復(fù)雜，井下冒頂片幫等事故頻發(fā)。為有效應(yīng)對(duì)和預(yù)防事故的發(fā)生，文章在建立有效數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，選取三寧礦業(yè)挑水河磷礦的井下作業(yè)系統(tǒng)，對(duì)其安全性進(jìn)行定量的分析，從而確定其安全性，為礦山今后的健康安全發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 非金屬礦山安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)［1，2］。其一般步驟如下。

1.1 確定指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

首先建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)集U，即目標(biāo)層：

U＝｛UA，UB，UC，UD，UE，UF，UG｝＝｛通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、…、安全管理｝，再建立準(zhǔn)則層：Ui＝（Ui1，Ui2，……，Uij）。

1.2 構(gòu)建權(quán)重向量

采用層次分析法構(gòu)建好權(quán)重向量。目標(biāo)層的權(quán)重 W＝（WA，WB，WC，WD，WE，WF，WG），準(zhǔn)則層的權(quán)重為 Wi＝（Wi1，Wi2，Wi3，Wi4……Wij），在非金屬礦山生產(chǎn)作業(yè)安全評(píng)價(jià)中，不同的指標(biāo)具有不同的功能，對(duì)系統(tǒng)的安全度的貢獻(xiàn)也不同。因此需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。本研究采用業(yè)內(nèi)普遍使用且較為成熟的方法——層次分析法。

層次分析法確定權(quán)重具體方法如下［3，4］：

1.構(gòu)造判斷矩陣，建立表1所示的“1-9標(biāo)度法，問(wèn)卷采用標(biāo)度法，對(duì)全部指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較。

表1 層次分析法1-9標(biāo)度法

2.確定權(quán)重，根據(jù)建立的判斷矩陣，采用“和積法”確定權(quán)重。

1.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣

建立適合的隸屬函數(shù)從而構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣。

1.4 評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重的合成

采用適合的合成因子對(duì)其進(jìn)行合成，并對(duì)結(jié)果向量進(jìn)行解釋。

1.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，可以構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣R。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)公式，可得：

2 以三寧挑水河磷礦構(gòu)建非金屬礦山安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

指標(biāo)體系既是模型的核心，也是基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)嚴(yán)格遵守指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性，科學(xué)選擇指標(biāo)、選取和計(jì)算數(shù)據(jù)，計(jì)算數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷獲取，本次調(diào)查問(wèn)卷選取了46位長(zhǎng)期從事礦山生產(chǎn)安全和技術(shù)的專業(yè)人員參加。

針對(duì)挑水河磷礦的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建的原則，對(duì)作業(yè)單元進(jìn)行了劃分，建立了包括通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、供電與通信系統(tǒng)、爆破系統(tǒng)、運(yùn)輸提升系統(tǒng)、采礦系統(tǒng)和安全管理制度七個(gè)板塊的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［5，6］。

3 層次分析法確定挑水河磷礦安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各指標(biāo)的重要性的對(duì)比，通過(guò)matlab計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，從而得到目標(biāo)層的判斷矩陣，見(jiàn)表 2［7，8］。

在層次分析法中，CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比例，一般認(rèn)為當(dāng)CR＜0.10時(shí)，判斷矩陣具有令人滿意的一致性，而所得到的結(jié)果就是目標(biāo)層的判斷矩陣。

根據(jù)所建立的判斷矩陣，求得其特征向量為W＝［0.165 4，0.224 0，0.183 0，0.099 3，0.137 3，0.089 7，0.101 2］T，最大特征根為 λmax＝7.189 4，CR為0.023 2。經(jīng)檢驗(yàn)判斷矩陣具有滿意的一致性。目標(biāo)層的權(quán)重值分別為 0.165 4，0.224 0，0.183 0，0.099 3，0.137 3，0.089 7，0.101 2。

表2 一級(jí)指標(biāo)（目標(biāo)層）判斷矩陣

在得出一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣后，運(yùn)用相同方法可求得因子層的權(quán)重，分別對(duì)其它指標(biāo)層進(jìn)行計(jì)算，得到：

WA＝［0.417 3，0.244 2，0.123 8，0.131 6，0.083 1］

WB＝［0.227 8，0.210 3，0.157 0，0.191 5，0.137 7，0.075 8］

WC＝［0.247 1，0.263 4，0.172 4，0.143 0，0.104 1，0.069 9］

WD＝［0.273 0，0.306 4，0.174 1，0.140 2，0.106 3］

WE＝［0.242 1，0.121 1，0.196 2，0.147 9，0.105 3，0.097 4，0.090 1］

WF＝［0.493 4，0.310 8，0.195 8］

WF1＝［0.285 7，0.285 7，0.285 7，0.142 9］

WF2＝［0.249 8，0.189 0，0.253 5，0.207 9，0.099 9］

WF3＝［0.325 7，0.356 4，0.193 6，0.124 3］

WG＝［0.215 7，0.290 8，0.219 7，0.166 0，0.107 8］

CRA＝0.042 1、CRB＝0.053 2、CRC＝0.049 2、CRD＝0.045 4、CRE＝0.032 0、CRF＝0.051 6、CRF1＝0、CRF2＝0.045 4、CRF3＝0.035 7、CRG＝0.030 4，均具有令人滿意的一致性。

由以上各判斷矩陣得到指標(biāo)體系及其權(quán)重。詳見(jiàn)表3。

表3 指標(biāo)體系及其權(quán)重

（續(xù)表3）

4 對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

按照確定的底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，可以組成各子系統(tǒng)的權(quán)重 A、B、C、D、E、F、G，則各系統(tǒng)的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，具體數(shù)值見(jiàn)表4。

表4 R隸屬度情況

得到每一個(gè)準(zhǔn)則層的模糊隸屬關(guān)系后，計(jì)算準(zhǔn)測(cè)層安全得分。計(jì)算方法為：

首先計(jì)算各模糊矩陣相對(duì)于準(zhǔn)則層內(nèi)的評(píng)語(yǔ)集得分：

其中，i＝1～7；j為每個(gè)準(zhǔn)則層內(nèi)措施層的個(gè)數(shù)，在A1、A2、……、A7中的個(gè)數(shù)分別為［5，6，……，5］；aij為第i個(gè)準(zhǔn)則層內(nèi)的第j個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重，得到各準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)得分為（詳見(jiàn)表5）：

表5 準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)得分

根據(jù)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，可以構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣R。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)公式，可得：

解得 C1＝53.54，C2＝33.63，C3＝10.09，C4＝2.74。

結(jié)果說(shuō)明：對(duì)于評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜褻1%的人認(rèn)為可得4分，有C2%的人認(rèn)為可得3分，有C3%的人認(rèn)為可得2分，有C4%的人認(rèn)為可得1分，進(jìn)一步的，把4分、3分、2分、1分，作為4個(gè)檔次。令 Y＝（4，3，2，1）T，所以綜合評(píng)價(jià)得分為：Z＝BY，得到Z＝4×C1%+3×C2%+2×C3%+1×C4%＝3.379 66，可知安全性處于良好以上水平。表明該非金屬礦山地下開采的安全性較好，但也需要采取進(jìn)一步的防范措施，尤其是在通風(fēng)系統(tǒng)和采礦作業(yè)環(huán)節(jié)，要采取必要的隱患排查治理措施，避免隱患事故的發(fā)生。

5 結(jié) 論

1.在分析非金屬礦山地下開采安全風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊層次分析方法，較為客觀地反映該礦山地下開采安全狀況。

2.通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式對(duì)影響因素重要性進(jìn)行比對(duì)，采取層次分析法對(duì)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算從而確定了各指標(biāo)權(quán)重，增強(qiáng)了權(quán)重的可信度，從而提高了安全評(píng)價(jià)的科學(xué)性與可靠性。

3.根據(jù)該礦山地下開采模糊綜合安全評(píng)價(jià)的結(jié)果，為對(duì)其它類似礦山的安全管理提供了參考，同時(shí)可以指導(dǎo)今后非金屬礦山安全評(píng)價(jià)管理工作的順利開展。