基于層次分析-模糊綜合評價法的煤礦頂板安全評價

宣強磊*

（河南理工大學 工商管理學院）

0 引言

我國是煤炭資源較為豐富的國家，煤炭產(chǎn)業(yè)也是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，我國煤炭消費總量在整個能源消費總量的占比從2010 年的69.2%下降到2021 年的56.0%，總體呈現(xiàn)降低趨勢，但是煤炭需求量卻呈現(xiàn)增長趨勢，至2021 年，全國原煤產(chǎn)量更是突破40 億t。原煤產(chǎn)量增加的同時，大量的生產(chǎn)事故也不斷發(fā)生。根據(jù)中國煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，本文統(tǒng)計了2017 年—2021 年全國煤礦發(fā)生的所有的頂板事故——共發(fā)生事故133 起，占總事故數(shù)量的28.6%，死亡人數(shù)為297 人，占總死亡人數(shù)的28.7%。頂板事故發(fā)生的原因大多是開采設(shè)計、支護設(shè)計不合理以及人為失誤[1]。因此，找出這些危險因素，構(gòu)建評價指標，對于預(yù)測頂板危險性具有重大意義。

梳理相關(guān)文獻[2-6]，研究者們對煤礦頂板的穩(wěn)定性及危險性研究大多集中在頂板的地質(zhì)條件、管理現(xiàn)狀以及支護條件等方面，并未對造成頂板事故的原因進行深入、系統(tǒng)地研究。為了豐富上述研究的內(nèi)容，本文利用現(xiàn)場管理理論從“人機料法環(huán)”5 個方面建立新的指標體系，確定各個指標的權(quán)重，運用模糊綜合評價法對頂板的安全性進行系統(tǒng)評價，通過評價結(jié)果更加快速、準確地分析事故發(fā)生的原因，并且在頂板管理中，如果能夠管理好這5 個因素，從這5 個方面消除隱患就可以有效預(yù)防事故的發(fā)生[7-8]。

1 模糊綜合評價

模糊綜合評價是一種解決現(xiàn)實生活中沒有明確分界線的問題，將容易定性而不易定量的因素定量化，從而針對多個因素相結(jié)合，對評價事物的隸屬等級狀況進行綜合性評的方法，其實質(zhì)是運用模糊數(shù)學知識從預(yù)測集到確定對象的因素集的模糊映射[9-10]。實際上，造成煤礦頂板事故的因素有很多，且存在著亦此亦彼的關(guān)系。本文以河南省平頂山市某礦為研究背景，根據(jù)現(xiàn)場實際收集到的數(shù)據(jù)及歷史資料，從人機料法環(huán)5 個方面，構(gòu)建事故的5 大因素指標，通過模糊綜合評價了解其內(nèi)涵和相互關(guān)系，從而對煤礦管理者提出要求。在頂板作業(yè)中，對此5 大基本要素進行系統(tǒng)地研究，找到可能造成頂板事故的根本原因，對該原因進行深入分析及探尋，并對此采取針對性措施，將極大降低頂板事故安全隱患發(fā)生率，對預(yù)防頂板事故有著重要的意義。

1.1 確定評價因素

該煤礦頂板作業(yè)構(gòu)建的危險性評價指標體系包括目標層、準則層和指標層3 個層次。其中，目標層反映了該煤礦頂板的危險性水平。準則層為現(xiàn)場管理理論中的人機料法環(huán)5 大要素，這5 大要素既基本包含了構(gòu)成頂板危險性的全部方面，又可以通過這5大基本要素，針對頂板可能出現(xiàn)的危險，找到其危險來源的根本原因。指標層中根據(jù)對該煤礦的現(xiàn)場實際調(diào)研和反饋，可得共15 項指標對應(yīng)于5 大基本要素，其對于該煤礦的影響是具體的、可理解的，在實際過程中也是可操作和驗證的，具體為：

式中：U1——人員因素；

U2——機器因素；

U3——材料因素；

U4——方法因素；

U5——環(huán)境因素。

式中：u11——作業(yè)者的綜合素質(zhì)；

u12——班組的溝通與協(xié)作；

u13——管理與監(jiān)督的狀況；

u14——企業(yè)的決策與規(guī)劃。

式中：u21——新設(shè)備和技術(shù)的引進；u22——設(shè)備和支護的維護。

式中：u31——支護材料的選擇；

u32——支護材質(zhì)的合格情況；

u33——煤礦頂板的自身特性。

式中：u41——支護方式和參數(shù)的選擇；

u42——檢測方式的選擇；

u43——頂板組偶也的操作流程。

式中：u51——作業(yè)環(huán)境的事宜程度；

u52——頂板的地質(zhì)條件；

u53——企業(yè)的安全文化氛圍。

1.2 確定評價等級

刻畫每一因素所處狀態(tài)的評價等級：V={危險，警惕，一般，很好}，其中，V代表評價等級集。

1.3 確定評價權(quán)重

本文采用層次分析法對所采用的相關(guān)因素進行兩兩對比，根據(jù)因素的重要性程度及其對應(yīng)的分值情況對兩者的對比結(jié)果進行賦值，將得到的結(jié)果構(gòu)形成判斷矩陣，用A表示。其結(jié)果是否可以接受需進行鑒定，對A進行一致性檢驗。其檢驗過程為：計算其相應(yīng)最大特征根λmax，使之滿足AWλmaxW，其中W為評價因素的權(quán)重量，CI=（λmax-n）/（n-1），最后一致性檢驗CR=CI/RI，n為矩陣的階數(shù)，CI為一致性指標，CR為一致性比例，RI為平均隨機一致性指標。若CR＜0.10，則A可接受，否則，需重新調(diào)整A的值進行計算。其結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 一級指標的重要性得分及權(quán)重值

表2 二級指標的重要性得分及權(quán)重值

1.4 一級綜合評價

在咨詢專家后的數(shù)據(jù)構(gòu)造準則層Bi所包含的最底層的模糊隸屬矩陣Ri和權(quán)重集Wi，其計算過程為：Bi=Wi×Ri。其中，i對應(yīng)于準則層五大要素，其值為1，2，3，4，5。

人員因素評價結(jié)果為B1=W1×R1=（0.249，0.475，0.276，0），其中W1=（0.564，0.118，0.263，0.055）,

機器因素評價結(jié)果B2=W2×R2=（0.425，0.375，0.200，0），其中W2=（0.250，0.750），

材料因素評價結(jié)果B3=W3×R3=（0.500，0.380，0.120，0），其中W3=（0.200，0.200，0.600），

方法因素評價結(jié)果B4=W4×R4=（0.462，0.429，0.109，0），其中W4=（0.250，0.095，0.655）,

環(huán)境因素評價結(jié)果B5=W5×R5=（0.453，0.378，0.099，0.070），其中W5=（0.072，0.649，0.279）,

1.5 二級綜合評價

在一級模糊綜合評價運算求出準則層中各項指標所對應(yīng)的不同評價等級的隸屬度，則二層模糊綜合評價矩陣B=W×R，其中R=（B1，B2，B3，B4，B5）T，B即為最終的綜合評價結(jié)果。

B=W×R=（0.336，0.437，0.216，0.011），W=（0.566，0.147，0.039，0.085，0.163），

最后，根據(jù)最大隸屬度原則，得到該礦的綜合評價結(jié)果為0.437，即該煤礦的安全狀況處于警惕狀態(tài)。

2 煤礦危險性原因分析

根據(jù)此次評價結(jié)果可知，該煤礦處于危險評價等級中的警惕狀態(tài)，而導致該狀態(tài)的主要原因是該煤礦中的人員因素，其權(quán)重高達0.566，遠高于其他因素。進一步探究該人員因素的構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)人員綜合素質(zhì)權(quán)重為0.564，遠比班組溝通能力、管理與監(jiān)督的情況及企業(yè)的決策與規(guī)劃這三個因素高，可認為人員綜合素質(zhì)是導致該煤礦警惕狀態(tài)的根本原因。為了避免頂板事故的發(fā)生，企業(yè)應(yīng)從人員綜合素質(zhì)著手解決煤礦的安全隱患。根據(jù)該礦自身特點，人員綜合素質(zhì)分為職工的文化結(jié)構(gòu)、安全意識以及疲勞狀態(tài)。

2.1 文化結(jié)構(gòu)

職工的文化結(jié)構(gòu)是指職工的文化素養(yǎng)，即現(xiàn)場作業(yè)人員的受教育水平。文化結(jié)構(gòu)直接影響作業(yè)人員接受新知識的能力，包括理解和接受相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)、對安全培訓及應(yīng)變危險情況的掌握能力。經(jīng)了解，該煤礦頂板作業(yè)的職工學歷普遍為高中及以下，具有文化結(jié)構(gòu)偏低的問題。職工在接受生產(chǎn)技能和安全技能培訓時理解不完全；在現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)操作不規(guī)范的情況；在面對突發(fā)險情時，也會出現(xiàn)判斷失誤、應(yīng)對不及時及處理不當?shù)那闆r。企業(yè)應(yīng)設(shè)法提高現(xiàn)場作業(yè)人員的福利待遇和安全保障，吸納高文化水平、高素質(zhì)的專業(yè)人才，才能有效解決該問題。

2.2 安全意識

職工的安全意識是指頂板作業(yè)人員建立的安全觀念，在實際作業(yè)過程中，安全意識是指對現(xiàn)場中可能引發(fā)安全事故的各種隱患時刻保持戒備和警覺的心理狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，60%以上的人員對作業(yè)過程可能存在的安全隱患存在著不會發(fā)生的僥幸心理，在實際的作業(yè)過程中，這部分人往往會表現(xiàn)出僥幸、無所謂和自以為是等心態(tài)，對現(xiàn)場的危險和隱患缺乏警惕意識，從而采取違規(guī)操作，給現(xiàn)場帶來不安全隱患。針對現(xiàn)場大多數(shù)人員安全意識薄弱的現(xiàn)象，企業(yè)應(yīng)多開展安全事故教育，組織安全培訓，對作業(yè)違規(guī)現(xiàn)象嚴懲不貸，讓職工意識到危險行為帶來的嚴重后果，使其在作業(yè)中時刻保持對危險的警惕性，提高危險作業(yè)時的防范意識水平和安全分析及預(yù)知危險的能力，將安全生產(chǎn)意識深植于每一個頂板作業(yè)者的腦海中。

2.3 疲勞狀態(tài)

在頂板作業(yè)中，疲勞狀態(tài)大多是由于體力疲勞帶來的勞動機能衰退和作業(yè)能力下降。該礦井下作業(yè)面臨著復(fù)雜的地下條件和未知的危險因素，頂板作業(yè)本身就是勞動強度較高的作業(yè)，緩解職工的疲勞狀態(tài)成為急需解決的問題。從職工調(diào)查反饋情況來看，當前存在的普遍意見集中于工作環(huán)境和輪班制度：（1）在人因工程學中，認為工作環(huán)境可以直接影響作業(yè)者的疲勞。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該礦井下作業(yè)環(huán)境存在照明、噪聲和微氣候條件等環(huán)境不良的問題，這些不良條件無形中增加了礦井下工作人員的肉體以及精神負擔，企業(yè)應(yīng)著手從增加照明、降低噪聲及改善微氣候環(huán)境等方面，為頂板作業(yè)者提供合適的工作環(huán)境。（2）當前該煤礦實行的是三班輪班制，職工普遍反映夜班時更易出現(xiàn)困乏、精神不集中、人體負擔較重的情況，因此人體更容易疲勞，從而導致反應(yīng)機能降低，工作效率下降的問題，長此以往將會損害作業(yè)者的身心健康。目前，針對該現(xiàn)象，國內(nèi)已有煤礦走出自己的實踐道路——首個全面取消煤礦夜班生產(chǎn)的烏海市，在嘗試取消夜班后，2020 年安全事故數(shù)同比下降50%，原煤產(chǎn)量保持穩(wěn)定，全市全員工效、回采工效分別比2017 年提升了174.04%、99.67%。企業(yè)可借鑒此類成功案例，根據(jù)自身特點，對當前輪班制度進行合理改進。

3 結(jié)語

本文通過現(xiàn)場管理理論中的“人機料法環(huán)”5 大基本要素構(gòu)建新的評價指標體系，結(jié)合層次分析法對影響頂板事故的各個因素進行分析處理，根據(jù)煤礦發(fā)生的歷史事故數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，篩選出能夠反映煤礦頂板事故的安全影響因素，最后用模糊綜合評價法對該煤礦頂板的危險性進行了評價。

根據(jù)評價結(jié)果，對“人機料法環(huán)”5 大基本要素進行深入分析，找出了影響該礦安全的根本原因，對此提出改進意見，為該礦管理者提供借鑒，對該礦采取有效措施預(yù)防頂板事故發(fā)生具有重大意義。