基于模糊層次和集對分析的湖北某尾礦庫安全綜合評價研究

王振宇，王萬江

（新疆大學，新疆 烏魯木齊 830000）

尾礦實際上是一種“廢渣”，是在有價值的礦產(chǎn)經(jīng)過開采之后，剩余的價值較低、不能利用的礦石。之所以要注重尾礦的安全問題，是因為礦中含有許多對環(huán)境有害或者難以分解的成分，這些成分如果流失，那么會對農(nóng)田和河道造成污染甚至堵塞，從而危害了附近居民的生活。尾礦庫由名可知，是最后產(chǎn)出尾礦的地點，主要可以劃分為四類,即山谷型、傍山式、平原型、截河式4類,我國的尾礦庫中絕大多數(shù)屬于山谷型。尾礦庫是一個由尾砂進行堆積而形成的具有較高勢能的風險源,其危害范圍存在于與尾礦庫相同時具有可能導致泥石流而引起嚴重的塌陷。這種泥石流一旦出現(xiàn),不僅可能對附近尤其是下游居民的日常生活和工作中所產(chǎn)生的威脅,更是可能會威脅至其生命安全。國內(nèi)外歷史上都曾經(jīng)出現(xiàn)過特別重要的尾礦倉庫崩塌和潰壩事故。目前我國煤礦強省山西以及巴西淡水河谷公司均曾發(fā)生過尾礦庫導致土壤污染而引起的泥石流事故。

作為一個礦產(chǎn)大國，目前我國共有尾礦庫近8000座，總量居世界第一。尾礦庫資源數(shù)量眾多，在不同種類的尾礦庫中，"頭頂庫"有1112座，數(shù)量最多排前10位的省份分別是：湖南、河北、河南、遼寧、云南、江西、湖北、甘肅、山西、山東，占到尾礦庫總數(shù)的73.9%。

目前對于尾礦庫安全尚無一個權(quán)威的綜合評價方法，這就導致選礦廠面臨巨大的安全風險。因此，本文將通過模糊層次分析方法與集對分析方法來對尾礦庫進行安全綜合評價研究。首先運用及對分析法對尾礦庫建立一個安全評價體系，然后利用集對分析法對尾礦庫的安全狀況與發(fā)展趨勢進行評定，以此減少發(fā)現(xiàn)尾礦庫在建設(shè)過程與運行過程中存在與潛在的安全問題的難度，并提出有針對性的管理對策，從而保障尾礦庫的安全運行。

1 尾礦庫的安全評價及預測

1.1 模糊層次分析步驟

模糊層次分析法是一種對指標進行定性和確定量的系統(tǒng)分析方法,利用這種分析方法可以便捷地量化和評價指標。在模糊層次分析法的運用過程中，主要有三個步驟。首先要分析分析，并且確定分析對象中的因果關(guān)系，依據(jù)該因果關(guān)系建立一個多層次的結(jié)構(gòu)模型；然后對上一層次的各個要素進行對比并且確定其各自的重要程度，以數(shù)字衡量，并且建立一個模糊判斷矩陣；之后通過計算得到總評價矩陣[1]。

確定評價指標的權(quán)重。按照上述方法對湖北某尾礦庫進行安全評定的話，首先要將尾礦庫中各個因素建立一個遞進的多層次結(jié)構(gòu)模型。本文將尾礦庫安全評價與安全研究分為五大部分，即安全管理、尾礦壩情況與尾礦排放、洪水防御系統(tǒng)、水利運輸系統(tǒng)、回水系統(tǒng)與環(huán)境保護。

采用對因素進行兩兩對比確定其各自的重要程度從而建立一個比較矩陣，即判斷矩陣，并通過矩陣與向量計算確定各個指標的權(quán)重。本文經(jīng)過計算后得到的權(quán)重如表1所示。

表1 尾礦庫安全評價指標體系

其中五個單元又有不同的評價因子。安全管理單元又能細分成管理機構(gòu)設(shè)置、檔案管理安全度、尾礦庫日常安全維護、沉積灘日常安全維護五個部分；尾礦壩情況與尾礦壩排放又能依據(jù)不同壩體分為初期壩、子壩、壩體以及尾礦排放四部分；洪水防御體系則分為洪水排放檢查、洪水排放控制兩部分；水利運輸系統(tǒng)分為濃縮機、濃縮池、礦漿池三部分；最后回水系統(tǒng)與環(huán)境保護分為回水系統(tǒng)、環(huán)境保護兩部分。這些評價因子的權(quán)重也各不同，具體權(quán)重如下表所示[2]。

表2 尾礦庫評價因子權(quán)重

在確定各個因素的權(quán)重之后，要對尾礦庫進行具體的評價。根據(jù)我國對尾礦庫安全程度的評判，能將尾礦庫依據(jù)其安全度分為正常庫、病庫、險庫、危庫四個等級。根據(jù)四個等級邀請專家根據(jù)上述五個評價單元以及其評價因子進行評定從而得到評價矩陣R。得到評價矩陣R后，可以通過各個單元的權(quán)向量A與評價矩陣R相乘，從而得到最終的評價結(jié)果B。專家評分時采用五級評分制，具體分值如下表所示。

表3 評語分值

通過將各個單元的權(quán)向量A與專家評價矩陣R相乘即可得出該尾礦庫的安全等級評分，具體安全等級評分劃分如下表所示。

在得出安全評分后，與上表進行對照，就能夠得到該尾礦庫的安全等級結(jié)果。

1.2 集對分析步驟

集對分析是在一定的問題背景下，對集對中2個集合的確定性與不確定性以及確定性與不確定性的相互作用所進行的一種系統(tǒng)和數(shù)學分析。在分析中，主要是對兩個集合的關(guān)系、發(fā)展趨勢、特點以及二者之間的關(guān)聯(lián)程度所需要進行的分析;這種方法的分析通常是由于我們建立了所論2個集合的關(guān)系數(shù)來實現(xiàn),有時還可以不斷地借助關(guān)系數(shù)來進行。對于集對中2個集合做某一特性的分析時,需要首先抽象得出集對中2個集合各自的某一特性,再比較看看這2個集合在哪一點和特征上同一,即即同時還應該具備什么樣的特性;這2個集合在哪些物理和屬性上是對立,也就是在哪些屬性上彼此對立、矛盾;而在其它的一些屬性上既不同一,也不完全對立(我們叫做差異,與同一屬性有很大的差異、與同一屬性有很大的差異)這樣分析[3]。

想要進行集對分析，主要要建立權(quán)重系數(shù)W、同異反多元評價矩陣R與聯(lián)系矩陣E。想要對尾礦庫的安全綜合評價進行預估，那么就要通過公式計算出上述三個變量，最后對比其集對勢，則能夠?qū)ξ驳V庫未來的安全發(fā)展進行一定的較為準確的評估。

2 應用實例

2.1 基于模糊層次分析法對尾礦庫安全等級進行評定

通過收集20位專家依照國家評定標準對對于尾礦庫各個評價因子進行的打分并整理得出評價矩陣R后，利用權(quán)重因子A與評價矩陣相乘，得出安全評分B，由如下計算可知B=70.555。

依據(jù)上述表4，對照該評價分數(shù)，可以得知湖北該尾礦庫最終安全等級評定為“良”。

表4 安全等級評分劃分

2.2 依據(jù)集對分析法對尾礦庫安全發(fā)展情況進行預估

20位專家人士的評價權(quán)重各不同，通過20位專家對不同評價因子的評分可得出評價結(jié)果。

最終通過計算結(jié)果與集對勢等級次序的對比可以得知此尾礦庫的安全狀況預測趨勢為強反勢，系統(tǒng)之間對立趨勢占主流，同時對立程度非常強。根據(jù)該預測，尾礦庫的所有負責人與管理者必須要對尾礦庫的安全管理加以重視，盡快查缺補漏，彌補所有潛在的危險因素，為尾礦庫未來的安全作出努力，預防并且盡可能避免最后泥石流的發(fā)生。

3 結(jié)語

本文主要通過模糊層次分析法對湖北某尾礦庫建立起了一個安全評估體系，并且根據(jù)對該體系的各個因子進行權(quán)重評估，而后邀請專家對該尾礦庫的安全程度進行評估，最后得出該尾礦庫的安全等級為“良”。雖然該尾礦庫狀況看似良好，但是通過集對分析法卻能得知該尾礦庫系統(tǒng)呈現(xiàn)強反勢，意味著該尾礦庫在未來將有很強的趨勢向危險的狀況發(fā)展。