基于AHP-SCA-模糊綜合評價(jià)法的露天礦安全評價(jià)應(yīng)用研究

陳光伸，胡 輝，胡 濤，唐 睿

(1.云南水利水電職業(yè)學(xué)院，昆明 650499；2.云南安寧化工廠有限公司，昆明 650301)

安全評價(jià)是對系統(tǒng)中影響安全的各種因素進(jìn)行定性和定量的分析，然后將分析的結(jié)果與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比較，評價(jià)該系統(tǒng)的危險(xiǎn)程度，最后針對系統(tǒng)中存在的問題提出改進(jìn)措施[1]。露天礦作為一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，由多個(gè)子系統(tǒng)組成，子系統(tǒng)中存在著許多不穩(wěn)定、模糊不清的危險(xiǎn)因素，影響著礦山的生產(chǎn)進(jìn)度，威脅著工人的生命健康和礦山經(jīng)濟(jì)效益。因此，對露天礦山進(jìn)行安全評價(jià)十分必要。通過對露天礦的安全評價(jià)，可以將礦山的整體危險(xiǎn)性直接呈現(xiàn)出來，有助于管理者、勞動(dòng)者更加清晰的了解哪些危險(xiǎn)因素對礦山安全的危險(xiǎn)較大，并提前做好防范措施，降低事故發(fā)生的幾率和事故發(fā)生后造成的損失，保證礦山的安全生產(chǎn)。

目前，安全評價(jià)按照評價(jià)指標(biāo)的量化程度可以分為，定性評價(jià)、定量評價(jià)以及定性與定量相結(jié)合的評價(jià)方法[2]。定性評價(jià)主要是通過評價(jià)者根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)(理論)知識分析評價(jià)對象的狀態(tài)、表現(xiàn)以及其他相關(guān)資料，得出非數(shù)量化的評判結(jié)果[3]。定性評價(jià)比較容易操作且能較快得出評價(jià)結(jié)果，但太過依靠評價(jià)人員的經(jīng)驗(yàn)知識儲備，主觀性太強(qiáng)，容易造成不同的評價(jià)人員得出相差很大的評價(jià)結(jié)果。定量評價(jià)是用數(shù)學(xué)的方法，收集、統(tǒng)計(jì)和分析處理評價(jià)對象的數(shù)據(jù)資料，建立數(shù)學(xué)模型并計(jì)算，最后用得出的數(shù)值來表示評價(jià)對象的狀態(tài)。與定性評價(jià)相比，定量評價(jià)的方法更加客觀、精準(zhǔn)，更為科學(xué)合理，但在實(shí)際的分析評價(jià)過程中也會出現(xiàn)問題，有些因素難以準(zhǔn)確的用一個(gè)數(shù)值來確定，如果勉強(qiáng)用一個(gè)數(shù)字來表示的話，也會對評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。只有將定性評價(jià)與定量評價(jià)結(jié)合，互相補(bǔ)充，才能獲得更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、符合實(shí)際的評價(jià)結(jié)果。

1 安全綜合評價(jià)

本文采用的AHP-SCA-模糊綜合評價(jià)法是一種定性與定量結(jié)合的安全評價(jià)方法。運(yùn)用層次分析法的原理構(gòu)建影響露天礦安全生產(chǎn)的安全評價(jià)指標(biāo)體系模型，計(jì)算各級指標(biāo)的權(quán)重，然后運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型中的各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)制作安全檢查表，最后根據(jù)檢查結(jié)果確定各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，計(jì)算出礦山安全等級的量化值。

1.1 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是一種多目標(biāo)層次的、定性與定量相結(jié)合的決策分析方法[4-6]。層次分析法主要是解決復(fù)雜且有多目標(biāo)決策的系統(tǒng)決策問題，將系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)影響因素，根據(jù)性質(zhì)及其之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立遞進(jìn)式的層次機(jī)構(gòu)模型。然后，運(yùn)用由SAATY提出的1-9標(biāo)度法將同一層次的的因素兩兩進(jìn)行比較，得到判斷矩陣，經(jīng)計(jì)算求出被比較因素的相對權(quán)重。1-9標(biāo)度表如表1所示。

表1 1-9標(biāo)度表

1.2 安全檢查表

安全檢查表法(Safety Checklist Analysis，簡稱SCA)是一種分析和辨識系統(tǒng)危險(xiǎn)性的定性分析方法[7-8]。安全檢查表的制定首先要對檢查對象進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，判斷出能夠影響系統(tǒng)安全的各種因素，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)定和要求將確定的因素作為檢查項(xiàng)目，制作安全檢查表。其實(shí)，制作安全檢查表的過程就是對系統(tǒng)進(jìn)行安全分析的過程。

1.3 模糊綜合評價(jià)

在一個(gè)系統(tǒng)中，普遍存在一些難以用某一個(gè)確切的數(shù)值去衡量對系統(tǒng)影響大小的因素，此時(shí)，就需要用模糊數(shù)學(xué)的方法，將模糊的信息進(jìn)行量化，進(jìn)而對多個(gè)因素進(jìn)行定量評價(jià)就是模糊評價(jià)[9-11]。模糊綜合評價(jià)就是以單因素模糊評價(jià)為基礎(chǔ)，綜合分析各個(gè)因素對系統(tǒng)的作用，然后得出正確的評價(jià)結(jié)果。

2 模糊綜合評價(jià)法在某露天礦的應(yīng)用

2.1 構(gòu)建安全評價(jià)指標(biāo)體系模型

某露天礦采場的礦體出露地表，礦山為山坡露天型，分臺階、機(jī)械鉆孔、中深孔爆破、機(jī)械鏟裝的采礦工藝進(jìn)行開采，開采順序自上而下、由外向里推進(jìn)。礦體巖性主要為片巖夾大理巖、矽卡巖和片巖，巖石硬度不大，普氏系數(shù)f為3～5，局部區(qū)域到6。三種巖性的節(jié)理、裂隙和片理極發(fā)育，巖層完整性差，較為破碎。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造在形成的過程中，產(chǎn)生了一系列的復(fù)式背斜軸的波狀褶曲及縱向斷裂，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。氣候干濕季節(jié)分明，雨季雨量充沛，旱季降水較少。

根據(jù)該露天礦的生產(chǎn)實(shí)際以及層次分析的原理，確定了地質(zhì)條件、人員狀況、現(xiàn)場生產(chǎn)狀況和安全管理四種因素作為評價(jià)該礦山安全性的主要依據(jù)。四種因素中，每一種又包含了許多個(gè)單因素，具體內(nèi)容如圖1中的安全評價(jià)指標(biāo)體系模型所示。

圖1 露天礦安全評價(jià)指標(biāo)體系模型Fig.1 Safety evaluation index system model of the open-pit mine

2.2 構(gòu)造評判集

根據(jù)露天礦安全性的優(yōu)劣及以往的經(jīng)驗(yàn)，將礦山的安全性評價(jià)結(jié)果分為5級(好、比較好、一般、較差、差)，并對各個(gè)等級加以量化，則量化值集合為T=[95，85，75，65，0]，如表2所示。

表2 安全性評價(jià)等級

2.3 構(gòu)造隸屬度評判矩陣

本文是將層次分析法構(gòu)建的模型中的子因素，作為檢查對象，制作成安全檢查表。由3位安全技術(shù)員、3位安全管理員以及4位外單位同行組成檢查組對礦山實(shí)際情況進(jìn)行檢查，然后根據(jù)檢查結(jié)果，確定各子因素的安全性等級，匯總后得到的結(jié)果如表3所示。

表3 露天礦安全檢查表

根據(jù)安全檢查表的結(jié)果，構(gòu)造隸屬度評判集如下：

2.4 確定指標(biāo)體系權(quán)重

根據(jù)層次分析法原理，在圖1建立的露天礦安全評價(jià)指標(biāo)體系模型基礎(chǔ)上，對影響該礦山安全的地質(zhì)條件、人員狀況、現(xiàn)場生產(chǎn)狀況和安全管理四種因素運(yùn)用1-9標(biāo)度法兩兩進(jìn)行比較，得到如表4所示的判斷矩陣表。

表4 S-Si判斷矩陣表

其中，i表示第i個(gè)因素。

根據(jù)MATLAB2016a軟件構(gòu)造判斷矩陣求得最大特征根λmax=4.051 1，以及相對應(yīng)的歸一化特征向量W=(0.072 9，0.284 4，0.169 9，0.472 9)。

由于分析對象的復(fù)雜性以及人們認(rèn)識的局限性，在做兩兩比較時(shí)沒有一個(gè)確定的參考標(biāo)準(zhǔn)，容易造成比較結(jié)果出現(xiàn)矛盾。為了避免這種矛盾的出現(xiàn)，保證評判結(jié)果符合實(shí)際情況，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

表5 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值

檢驗(yàn)矩陣的一致性(查表5得：當(dāng)n=4時(shí)，RI=0.89)。

則檢驗(yàn)指標(biāo)CR<0.1，結(jié)論符合實(shí)際情況。

同理，可以得到各個(gè)子因素的判斷矩陣表，如表6～9所示。

表6 S1-S1j的判斷矩陣表

表7 S2-S2j的判斷矩陣表

表8 S3-S3j的判斷矩陣表

表9 S4-S4j的判斷矩陣表

其中，j表示第j個(gè)子因素。

根據(jù)表6～9得到的各子因素兩兩比較的結(jié)果，可以得到：

1)最大特征根λ1max=3.009 2，以及相對的歸一化特征向量W1=(0.539 6，0.297 0，0.163 4)。CI=0.004 6，CR=0.007 9<0.1，符合。

2)最大特征根λ2 max=5.097 5，以及相對應(yīng)的歸一化特征向量W2=(0.1291，0.444 8，0.081 0，0.292 3，0.052 8)。

CI=0.024 4，CR=0.021 8<0.1，符合。

3)最大特征根λ3 max=5.046 3，以及相對應(yīng)的歸一化特征向量W3=(0.090 7，0.255 8，439 9，0.058 0，0.155 6)。

CI=0.011 6，CR=0.010 3<0.1，符合。

4)最大特征根λ4 max=5.121 2，以及相對應(yīng)的歸一化特征向量W4=(0.118 0，0.236 4，0.419 8，0.148 8，0.077 0)。

CI=0.030 3，CR=0.027 1<0.1，符合。

即各因素的權(quán)重集為：

W=(0.072 9，0.284 4，0.169 9，0.472 9)；

W1=(0.539 6，0.297 0，0.163 4)；

W2=(0.129 1，0.444 8，0.081 0，0.292 3，0.052 8)；

W3=(0.090 7，0.255 8，0.439 9，0.058 0，0.155 6)；

W4=(0.118 0，0.236 4，0.419 8，0.148 8，0.077 0)。

2.5 子因素的模糊綜合評價(jià)

根據(jù)得到的該露天礦各子因素的隸屬度評判級和與其對應(yīng)的權(quán)重集，計(jì)算可得各子因素的評價(jià)集：

1)地質(zhì)條件：Q1=W1×P1=(0.103 0，0.270 3，0.429 7，0.113 4，0.083 7)；

2)人員狀況：Q2=W2×P2=(0.207 6，0.415 3，0.247 9，0.129 2，0)；

3)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況：Q3=W3×P3=(0.300 7，0.427 5，0.215 8，0.050 2，0.005 8)；

4)安全管理：Q4=W4×P4=(0.346 6，0.322 6，0.211 8，0.107 2，0.011 8)。

定量計(jì)算各子因素的評價(jià)結(jié)果，可得：

1)地質(zhì)條件：O1=T×Q1=72.359 0，安全性一般；

2)人員狀況：O2=T×Q2=82.013 0，安全性較好；

3)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況：O3=T×Q3=84.352 0，安全性較好；

4)安全管理：O4=T×Q4=83.201 0，安全性較好。

2.6 露天礦總體的模糊綜合評價(jià)結(jié)果

計(jì)算得到該露天礦總體安全性的評價(jià)集：

Q=W×P=(0.281 5，0.363 0，0.238 7，0.104 2，0.012 7)

經(jīng)量化得：O=T×Q=82.273 0，安全性較好。

根據(jù)計(jì)算得到的評價(jià)結(jié)果的量化值，可以看出該露天礦總體的安全性較好，表明該礦山符合日常生產(chǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。但地質(zhì)方面的安全量化值只有72.359 0，安全性等級只屬于一般水平，很可能因?yàn)榈刭|(zhì)方面的原因?qū)е掳踩鹿实陌l(fā)生。另外，人員狀況、現(xiàn)場生產(chǎn)狀況和安全管理狀況三個(gè)方面的安全性雖然都屬于較好的級別，但都有進(jìn)一步提升的空間，仍需要繼續(xù)加強(qiáng)這三方面的工作，使礦山的安全性得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。

3 結(jié)論

1)本文從地質(zhì)條件、人員狀況、現(xiàn)場生產(chǎn)狀況和安全管理四個(gè)方面對露天礦安全性進(jìn)行了分析研究，并運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評價(jià)法構(gòu)建了露天礦安全評價(jià)指標(biāo)體系模型。

2)以某露天礦作為安全評價(jià)對象，經(jīng)過綜合評價(jià)分析得出，總體安全性量化值為82.273 0，安全評價(jià)等級為較好，表明該礦現(xiàn)在的安全生產(chǎn)狀況良好，符合日常安全生產(chǎn)的基本標(biāo)準(zhǔn)。地質(zhì)條件、人員狀況、現(xiàn)場生產(chǎn)狀況、安全管理四種因素的量化值依次為72.359 0、82.013 0、84.352 0、83.201 0，由此可以看出，在礦山地質(zhì)方面需要重點(diǎn)注意，加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查研究，做好日常的危險(xiǎn)預(yù)防工作，防止事故的發(fā)生，在其他三個(gè)方面也還有進(jìn)一步提升的空間，也還需要繼續(xù)加強(qiáng)工作力度。