基于层次分析法的煤矿安全评价指标体系研究.doc

Serial No .493May .2010 现 代 矿 业 MORDE N M I N I N G 总第493期 2010年5月第5期 秦 涛1983-,男,黑龙江哈尔滨人,硕士,助教,150027黑龙江省哈尔滨市。 基于层次分析法的煤矿安全评价指标体系研究 秦 涛 商宇航 黑龙江科技学院资源与环境工程学院 刘振文 黑龙江科技学院 摘 要基于层次分析法AHP Analytic H ierarchy Pr ocess 基本原理,综合考虑影响煤矿安全生产的各项指标,应用层次分析法确定煤矿安全评价指标的权重,将比较矩阵的特征向量作为煤矿安全评价因子的权重,并对各相关指标进行重要性排序,构建了煤矿安全评价指标体系。该体系力求简单实用、可操作性强,能较客观地反映煤矿安全评价中各影响因素的权重,从而为煤矿安全评价及管理决策提供依据。 关键词安全评价;层次分析法AHP ;煤矿安全;目标权重中图分类号X913.4 文献标识码A 文章编号16742608220100520070203 Study on the I ndex Syste m of Safety Eva lua ti on i n Coa lM i n e ba sed on AHP Q in Tao 1 Shang Yuhang 1 L iu Zhenwen 2 1.School of Res ources and Envir onment Engineering ,Heil ongjiang I nstitute of Science and Technol ogy;2.Secur 2 ity Depart m ent,Heil ongjiang I nstitute of Science and Technol ogy AbstractBase on funda mental p rinci p le of Analytic H ierarchy Pr ocess AHP ,taking all influen 2cing fact ors of coal m ine safety int o considerati on,weights of m ine safety esti m ati on fact or is deter m ined using the Analytical H ierarchy Pr ocess by taking characteristic vect ors of comparis on matrices as the weights of m ine safety esti m ati on fact or,and the i m portance ranking is done on each related index,the index syste m is established for coal m ine safety uati on .The researched index syste m is feasible and effective;weights of m ine safety esti m ati on fact or are res ponsed thr ough this index syste m s o could p r o 2vide basis f or coal m ine safety esti m ati on and ad m inistrative decisi on . KeywordsSafety uati on;AHP Analytic H ierarchy Pr ocess ;Coal m ine safety;Objective weights 1 引 言 煤矿安全是国家安全生产工作的重中之重,煤矿矿井安全是煤炭工业可持续发展的关键问题,也是目前急需解决的难题之一。近几年来,全国煤炭能源供应紧张,煤炭价格持续上涨,为了追求经济利益,部分煤矿加大开采强度,超能力生产,导致煤矿灾害事故频发。为了实现煤矿持久安全生产的目标,避免或减少煤炭安全事故的发生,对煤矿安全状况进行评价,可为决策者正确判断当前安全状况及制定相应的对策提供科学依据,从而有针对性地进行安全事故预防,提高煤矿安全管理水平。 目前用于煤矿安全评价的方法主要包括专家评价方法专家打分综合法、运筹学与其他数学方 法数据包罗分析法、模糊综合评价法、新型评价 方法神经网络、灰色评判、混合方法等[1] 。评价方法的合理选择,有利于对煤矿存在和潜在的危险、有害因素进行识别和分析,把生产过程中的不安全因素和隐患消灭在萌芽阶段。考虑到煤矿生产是一个特殊的行业,它是集人员管理、机械、采矿技术、地质条件和自然环境共存的复杂系统,各影响因素权重差异,灾变机理、途径等基本因素难以确定,因素状态模糊性强的特点[2,3] ,笔者应用层次分析法确定评价因素的权重,将比较矩阵的特征向量作为煤矿安全评价因子的权重,确定了相关因子的影响力排序,建立了煤矿安全评价指标体系。2 评价指标体系的建立要实现煤矿安全评价的目标,就要有完善、合理的指标体系,评价指标的选择和确定是评价研究内 7 容的基础和关键,直接影响到评价的精度和结果。笔者在对煤矿安全状况调查、分析的基础上,从多个方面综合选择评价指标。 2.1 目标层 将煤矿安全评价作为评价体系的目标层,用A 表示。 2.2 准则层 选用地质因素指标U 1 、技术装备指标U2、 环境条件因素指标U 3 、安全管理水平指标U4四 个因素作为准则层评价指标,分别以U 1、U 2 、U 3 、U 4 表示。 2.3 指标层 对准则层的四类因素进一步细化,共计21个指标。 1地质因素指标U1。主要包括影响安全生产的地质因素,U 1 瓦斯涌出量U11,顶底板结构U12,主要岩石质量等级U13,煤层自燃发火等级U14, 矿井水灾等级U 15 ,矿井地压U16。 2技术装备指标U2。在整个煤矿的安全生产系统中,技术装备因素是内容最多、涵盖面最宽的 因素,这里选取了其中最具代表性的指标,U 2 采 掘机械化程度U 21 ,设备先进程度U22,回采工艺技 术水平U 23 ,设备完好程度U24,矿井巷道支护U25, 安全防护装置U 26 。 3环境条件因素指标U3。主要是指作业人 员的生存环境,U 3 矿井温度U31,矿井空气质量U32,矿井噪音U33。 4安全管理水平指标U4,是影响煤矿安全 性最为重要的因素类之一。U 4 安全监测监控系 统U 41 ,矿山救护和医疗急救设备U42,安全生产责 任制U 43 ,安全教育和安全技术培训U44,事故预防 和处理能力U 45 ,违章指挥和违章操作管理U46。 3 层次分析法及其应用 层次分析法AHP是一种定性与定量相结合的多因素决策分析方法[4]。首先把问题层次化,根据问题的性质和要达到的总目标,将问题分解为不同的组成因素,按照因素间的相互关联和隶属关系分成不同的层次组合,构成一个多层次的系统结构分析模型,最终将系统分析,归结为最低层供决策的方案、措施等相对于最高层总目标的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题[5,6]。层次分析法的求解步骤如下。 3.1 确定决策目标,建立层次结构模型[7] 层次结构模型一般分为三个层次①目标层最高层次,或称理想结果层次,是指决策问题所追求的总目标;②准则层评价准则或衡量准则,是指评判方案的优劣的准则,也称因素层、约束层;③方案层也称对策层,指决策问题的可行方案。 3.2 比较构造判断矩阵A 由决策人利用表1,以判断矩阵式上层的某一要素作为判断标准,对下一层要素进行两两比较确定元素值。 表1 目标重要性判断矩阵A中元素的取值 相对重 要程度 定义说明 1同等重要两个目标同样重要 3略微重要 由经验或判断,认为一个目标比另一个略微 重要 5相当重要由经验或判断,认为一个目标比另一个重要 7明显重要 深感一个目标比另一个重要,且这种重要已 有实践证明 9绝对重要强烈地感到一个目标比另一个重要的多。 2、4、 6、8 两个相邻判 断的中间值 需要折中时采用 3.3 求判断矩阵的最大特征值λmax和特征向量ω 用特征向量法可以求得矩阵A的最大特征值 λ max 。但是,求λ要解n次方。当n≥3时计算比较烦琐,可以用近似算法。 1A中每行元素连乘并开n次方 ω3 i n Πn j1 a ij,i1,2,,n1 2求权重。 ω i ω﹡i/Σ n i1 ω﹡ i ,i1,2,,n2 3A中每列元素求和 S iΣ n i1 a ij,j1,2,,n3 4计算λ max 的值 λ max Σ n i1 ω i S i.4 3.4 判断矩阵A的一致性检验 在对各要素进行相对重要性判断时,由于运用的主要是决策者的主观判断,因而不可能完全精密地判断出其比值,而只能对其进行估计,因此必须进行相容性和误差分析。 若判断矩阵A完全相容时,应有λ max n,若不 相容时,则λ max n,因此可以用λmax-n的关系来界定偏离相容性的程度。设一致性指标为C IConsis2 tence I ndex,则有 C I λ max -1 n-1 .5 C I与所给同阶矩阵的随机性指标R IRandom I ndex之比称为一致性比率CRConsistence Rate, R I为统计学随矩阵阶数变化的常数。层次分析法 17 秦 涛 商宇航等基于层次分析法的煤矿安全评价指标体系研究 2010年5月第5期 中当CR 0.10时不能通过一致性检验,应该重新估计矩阵,直到CR 0.10通过一致性检验时,求得ω才有效。 3.5 对各项评价指标进行层次总排序4 煤矿安全评价指标权重的确定 基于层次分析法原理,使用19标度方法具体值采用德尔菲法,在各因素两两比较的基础上,计算各项指标的权重。以地质因素指标U 1、技术装备指标U 2、环境条件因素指标U 3、安全管理水平指标U 4的权重计算过程为例。4.1 构建判断矩阵 根据19标度方法,由专家给出4个指标相互之间的关系,得出判断矩阵1133163141513141186 5 8 1 4.2 求取判断矩阵的最大特征值和特征向量 这里用近似算法。 1矩阵中每行元素连乘并开4次方ω﹡ 1 0.6389,ω﹡ 21.2447,ω﹡ 30.3195,ω﹡ 43.936. 2求权重。ω10.1040,ω20.2028,ω30.0520,ω40.6411. 3矩阵中每列元素求和S 110.3333,S 2 6.5833,S 316,S 41.491 7. 4计算矩阵最大特征值的值λmax 4.1992.4.3 对判断矩阵的一致性检验 C I 0.0664,由于R I 0.9,所以,CR C I/R I 0.07380.10。通过了一致性检验,求得的权重有 效。表明以ω0.0140,0.2028,0.0520,0.6411 的各个分量ωi ,作为相应的各个因素的权重值分配是合理的。4.4 层次总排序 同理,运用层次分析法对煤矿安全评价体系指标层进行权重计算,得出影响因素层次总排序见表2。5 结 论 1根据文中实例给出的指标体系计算结果, 在煤矿安全教育和安全技术培训,安全监测监控系统和违章指挥和违章操作管理等方面,是导致安全事故发生的主要原因。所以,在完善煤矿安全管理水平时,要加强对这三个方面的改进。煤矿安全评 价应参照各项指标权重值衡量其安全状况。 表2 影响因素层次总排序 目标层 准则层权重 ωi 指标层权重ωij 总排序 煤矿安全评价体系 地质因素 指标U 1权重ω10.1040 技术装备指标U 2权重 ω20.2028环境条件因素指标 U 3权重ω30.0520安全管理水 平指标U 4权重ω40.6411 瓦斯涌出量U 11,ω110.03119顶底板结构U 12,ω120.0111 20主要岩石质量等级U 13,ω130.014218煤层自燃发火等级U 14,ω140.020015矿井水灾等级U 15,ω150.015417矿井压力显现U 16,ω160012219采掘机械化程度U 21,ω210.0460 6设备先进程度U 22,ω220.0204 14回采工艺技术水平U 23,ω23 0.0245 12设备完好程度U 24,ω240.0215 13矿井巷道支护U 25,ω250.04207安全防护装置U 26,ω260.04845矿井温度U 31,ω310.0164 16矿井空气质量U 32,ω320.025111矿井噪音U 33,ω330.0105 21安全监测监控系统U 41,ω410.15332矿山救护和医疗急救设备U 42,ω420.0254 10安全生产责任制U 43,ω430.0784 4安全教育和安全技术培训U 44,ω440.22431事故预防和处理能力U 45,ω450.0343 8违章指挥和违章操作管理U 46,ω460.1254 3 2笔者全面考虑影响煤矿生产系统安全的各 种因素,应用层次分析法,可以将定性分析和定量评价指标相结合,确定了评价指标体系中各种因素的权重,较好地保证了权系数的客观性和准确性,使评价指标体系更具科学性和准确性。影响因素总排序合理地反映了影响矿井安全生产的主要因素,便于各个矿山根据实际情况采取相应的措施,提高矿井的安全生产水平。这种方法简便、可行,具有较强的实用性。需要说明的是,由于数理统计样本容量的限制,笔者确定的评价指标还要根据工程实际状况进行必要的调整和修正;不同矿区的安全条件不同,在评价指标的选择以及权重的确定时,应进行必要的调整。 参 考 文 献 [1] 董春游,曹志国.基于Rough Set 和灰色关联度的煤炭企业评 价方法[J ].黑龙江科技学院学报,2006,166400403. 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