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第 42 卷第 5 期煤 炭 科 学 技 术Vol􀆱 42 No􀆱 5 2014 年5 月Coal Science and TechnologyMay 2014 煤矿安全动态投入产出模型研究 童 磊1ꎬ王良玉2ꎬ丁日佳1 1􀆱 中国矿业大学北京管理学院ꎬ北京 100083ꎻ2􀆱 北京市技术交流中心协会管理部ꎬ北京 100050 摘 要针对煤矿安全投入的滞后性与长效性特征ꎬ对煤矿投入产出进行了动态分析ꎬ基于投入产出 分析法建立了面向安全的煤矿投入产出表ꎬ提出了煤矿安全投资系数和事故损失消耗系数的概念及 确定方法ꎮ 以直接消耗系数、事故损失消耗系数、生产性投资系数和安全投资系数为参数ꎬ建立了煤 炭企业前期生产和安全投入与后期煤炭产量、安全效益之间的动态数量关系式ꎮ 利用煤炭企业实际 数据ꎬ采用反向递推法求解模型ꎬ即可得出计划年度煤炭企业各部门的生产和安全投资情况ꎮ 关键词煤矿安全ꎻ投入产出模型ꎻ安全投资系数ꎻ事故损失消耗系数 中图分类号X915􀆱 4 文献标志码A 文章编号0253-2336201405-0058-04 Study on Dynamic Input-Output Model for Coal Mine Safety TONG Lei1ꎬWANG Liang ̄yu2ꎬDING Ri ̄jia1 1.School of ManagementꎬChina University of Mining and TechnologyBeijingꎬBeijing 100083ꎬChinaꎻ 2.Management Department of AssociationꎬBeijing Technical Exchange CenterꎬBeijing 100083ꎬChina AbstractAccording to the lagging and long-term characteristics of mine safety inputꎬthe dynamic input-output analysis was carried out. An input-output sheet toward mine safety was establishedꎬand the concept and determination method of mine safety investment coefficient and accident damage extinction coefficient were defined.With the direct extinction coefficientꎬaccident damage extinction coefficientꎬpro ̄ ductive investment coefficient and safety investment coefficient as parametersꎬa number of dynamic equations between pre-productionꎬ safety investment and later outputꎬsafety investment benefits were established for coal companies.By using the actual data of coal enterpri ̄ sesꎬthe produce and safety investment condition could be eventually obtained with reverse recurrence method to solve the model. Key wordscoal mine safetyꎻinput-output modelꎻsafety investment coefficientꎻaccident damage extinction coefficient 收稿日期2014-01-16ꎻ责任编辑代艳玲 DOI10.13199/ j.cnki.cst.2014.05.016 基金项目“十二五”国家科技支撑计划资助项目2012BAA04B02ꎻ教育部科学技术研究重点资助项目109032 作者简介童 磊1965ꎬ女ꎬ安徽合肥人ꎬ副教授ꎬ博士ꎮ Tel010-62331196ꎬE-mailtonglei@ cumtb􀆱 edu􀆱 cn 引用格式童 磊ꎬ王良玉ꎬ丁日佳.煤矿安全动态投入产出模型研究[J].煤炭科学技术ꎬ2014ꎬ42558-61. TONG LeiꎬWANG Liang ̄yuꎬDING Ri ̄jia.Study on Dynamic Input-Output Model for Coal Mine Safety[J].Coal Science and Technologyꎬ2014ꎬ42 558-61. 0 引 言 安全投入与安全绩效和企业的经济效益有着密 切的关系ꎬ我国煤矿普遍存在安全投入决策不科学、 结构不合理、时机不恰当的问题ꎬ这使得有限的安全 投入没有得到充分利用ꎮ 因此如何有效地支配和使 用安全资金ꎬ在合理时间、范围内寻求恰当的投入ꎬ 成为我国煤炭企业亟待解决的问题ꎮ 国外自 20 世 纪 90 年代起开始关注安全投入的经济分析ꎬ主要集 中在以下 4 个方面安全投入效益综合研究[1-4]、职 业健康与安全成本研究[5-6]、安全投入合理性研 究[7-8]、基于危险性的安全投入决策研究[9-10]ꎮ 国 内已有煤矿安全投入经济效益分析[11]、煤矿安全投 入结构分析[12]、煤矿安全投入效率评价[13-14]等相 关文献报道ꎮ 投入产出理论是由美国经济学家、哈 佛大学瓦西里􀅱列昂惕夫教授创立的[15]ꎬ自 20 世 纪 30 年代产生至今得到不断发展ꎬ很多学者利用投 入产出技术分析来研究污染、人口、能耗平衡等多种 社会问题[16-19]ꎬ取得了显著的经济和社会效益ꎮ 90 年代ꎬ我国学者沈玉志等[20]、张先尘等[21]根据煤炭 企业生产经营特点建立了煤矿企业动态投入产出模 型ꎬ这一模型主要用于煤炭企业生产规划ꎬ没有考虑 安全投资ꎮ 在安全生产领域ꎬ投入产出理论的运用 还处于初始阶段ꎬ黄盛仁等[22]将投入产出理论应用 于安全生产领域ꎬ建立了全国安全生产投入产出表ꎮ 李峰等[23]采用投入产出法ꎬ构造出安全事故投入产 85 童 磊等煤矿安全动态投入产出模型研究2014 年第 5 期 出关联模型ꎮ 田水承等[24]运用投入产出分析方法 对煤矿安全投入决策进行分析ꎮ 这些研究主要描述 静态投入产出情况ꎬ由于静态模型重点讨论本期投 入产出情况ꎬ而煤矿安全投入所产生的效果具有滞 后性与长效性ꎮ 基于此ꎬ笔者从生产与安全 2 个方 面讨论煤炭企业动态投入产出问题ꎬ通过建立动态 投入产出模型ꎬ对安全投入量进行预测ꎬ从而制定更 为合理的投入计划ꎬ为煤矿投资决策提供科学依据ꎮ 1 煤矿安全与生产投入产出分析 投入产出分析是研究经济系统各部门间投入与 产出关系的经济数学模型ꎬ投入是指经济活动过程 中投入消耗的劳动对象、劳动资料和劳动的数 量ꎬ产出则是指通过从事经济活动所创造的、满足各 部门需要的产品数量及其分配使用的方向ꎮ 煤炭生产有采煤、掘进、运输、通风、机电等不同 部门ꎬ企业投入包括各部门生产所占用的原材料、辅 助材料、燃料、动力、所占用的各种建筑物、机器设备 等固定资产的损耗ꎬ以及投入的劳动力、支付的各种 经营管理费用ꎮ 由于煤炭生产的特殊性ꎬ安全对煤 矿企业的生产有着重要的意义ꎬ安全投入是煤炭企 业生产的重要投入ꎬ安全投入费用包括安全技术设 施费用、重大危险源隐患整改监控费用、安全检 查评价费用、安全教育培训费用、职业健康防护费用 等ꎮ 而产出对于煤炭企业而言ꎬ除了要满足各生产 部门分配使用的需要ꎬ还要考虑事故损失ꎮ 动态投入产出分析与静态投入产出分析不同ꎬ 静态投入产出分析只研究某一时期的再生产过程ꎬ 动态投入产出分析研究若干个时期的再生产过程ꎮ 投资活动是一个动态过程ꎬ要实现某年的产出需要 前 1 年、前 2 年、前 n 年为其投资ꎬ为其扩大生产规 模ꎬ形成有效的生产能力ꎻ同样某年也要为 1 年后、2 年后、n 年后的生产扩大规模进行投资ꎬ因此投资活 动把不同年度再生产活动联系起来ꎮ 对于煤炭企业 来说ꎬ投资活动既有生产性投资ꎬ也有安全性投资ꎮ 投入产出表是建立动态投入产出模型的基础ꎮ 面向安全的煤矿投入产出表是在一般企业投入产出 表的基础上根据煤炭企业的特殊性建立起来的ꎬ横 向从使用价值的角度反映各部门产出价值的分配使 用情况ꎬ包括生产各部门消耗、事故损失、安全投资 和生产投资ꎻ纵列反映部门产出的价值形成ꎬ包括各 部门生产投入、能源及其他消耗、安全投入费用、固 定资产折旧、税金、利润等ꎮ 2 动态投入产出模型的建立 煤矿经营管理者面临生产与安全双重任务ꎬ煤 矿企业投资主要是 2 方面ꎬ一是生产性投资ꎬ用于生 产规模的扩大ꎬ其效果主要体现在煤炭产量的增加ꎻ 另一项是安全投资ꎬ用于保障煤矿正常的生产活动ꎬ 其效果主要体现为煤矿安全事故的减少ꎮ 由于投资 即固定资本形成会对以后年度的生产产生作用ꎬ在 动态投入产出分析中固定资本形成是决定和影响未 来生产的基本因素[25-26]ꎮ 设煤炭企业有 n 个生产部门ꎬ用生产性投资系 数和安全投资系数分别反映某部门增加单位产值和 实现单位安全效益ꎬ其他部门所需投入的价值量ꎮ 生产性投资系数 pij为 pij = c ij/ ΔXj iꎬj = 1ꎬ2ꎬ􀆻ꎬn 1 其中ꎬcij为 j 部门扩大生产规模ꎬi 部门所需投 入的价值量ꎻΔXj为 j 部门某年度较前一年产值的增 加量ꎬΔXj =X jt+1-XjtꎬXjt为 j 部门在 t 年度 的产值ꎮ 安全投资系数 qij为 qij = s ij/ ΔWj iꎬj = 1ꎬ2ꎬ􀆻ꎬn 2 其中sij为 j 部门为减少安全事故损失ꎬi 部门所 需投入的价值量ꎻΔWj =W jt+1-WjtꎬWjt为 j 部门在 t 年度安全事故损失值与近年来 j 部门事故 损失的最大值 Wmax差的绝对值ꎬ即 j 部门的安全效 益值ꎮ 设煤矿的最终净产品为Yiꎬ则最终产品 Yi为 Yi = Y i +∑ n j = 1 cij+∑ n j = 1 sij iꎬj = 1ꎬ2ꎬ􀆻ꎬn 3 瓦西里􀅱列昂惕夫的静态投入产出模型为 X- AX=Y[15]ꎬ其只考虑生产的投入产出ꎬ没有考虑煤 矿事故损失消耗ꎬ因此ꎬ加入煤矿事故损失消耗矩 阵ꎬ得到改进的静态投入产出模型为 X - A + BX = Y 其中A 为直接消耗系数矩阵ꎻB 为煤矿事故损 失消耗矩阵ꎻX 为各部门总产值列向量ꎻY 为最终产 品列向量ꎮ 将式3代入改进的静态投入产出模 型ꎬ得 Yit = Xit -∑ n j = 1 aijXjt -∑ n j = 1 bijXjt - ∑ n j = 1 cij-∑ n j = 1 sij iꎬj = 1ꎬ2ꎬ􀆻ꎬn4 其中Xit为第 t 年 i 部门的总产值ꎻaij为直接 消耗系数ꎬ表示 j 部门单位产值所消耗的 i 部门产品 95 2014 年第 5 期煤 炭 科 学 技 术第 42 卷 的价值量ꎬaij =x ij/ Xjꎬxij为 j 部门总产值所消耗 i 部 门产品的价值量ꎬXjt为第 t 年 j 部门产值ꎻbij为事 故损失消耗系数ꎬ表示 i 部门损失在 j 部门单位产值 所占比例ꎬbij =w ij/ Xjꎬwij为 j 部门事故损失所消耗 i 部门产品的价值量ꎮ 将式1、式2代入式4得 ∑ n j = 1 pijXjt + 1 +∑ n j = 1 qijWjt + 1 = Xit -∑ n j = 1 aijXjt -∑ n j = 1 bijXjt + ∑ n j = 1 pijXjt +∑ n j = 1 qijWjt - Yit5 式5表示成矩阵形式为 PXt + 1 + QWt + 1 = I - A - BXt + PXt + QWt - Yt6 其中P、Q、A、B 分别为 pij、qij、aij、bij构成的 n 阶方阵ꎬI 为 n 阶单位矩阵ꎬXt+1、Wt+1、Xt、 Wt、Yt分别为 Xjt+1、Wjt+1、Xjt、Wjt、 Yjt构成的 n 维列向量ꎮ 式6为面向安全的煤矿 动态投入产出模型ꎬ此模型将时间因素考虑在内ꎬ假 设时滞为 1 年ꎬ以直接消耗系数、事故损失消耗系 数、生产性投资系数和安全投资系数为纽带ꎬ建立起 煤炭企业前期投入生产、安全与后期产出煤炭 产量、安全效益之间的动态数量关系式ꎮ 考虑更一般的情况ꎬ假设时滞为 s 年ꎬ则 ΔXt + s = Xt + s - Xt + s - 17 式7即表示经历了 s 年的投资过程ꎬ于t+s 年才增加的产出量ꎬ且是较前一年的增加量ꎬ由此建 立的 t 年度煤矿安全投入产出动态方程为 Yt = Xt - AXt - BXt - P[Xt + s - Xt + s - 1] - Q[Wt + s - Wt + s - 1] 3 动态投入产出模型求解方法与参数确定 3􀆱 1 模型求解方法 基于安全的煤矿动态投入产出模型的求解采用 反向递推解法ꎬ由后一年度变量值推算前一年度变 量值ꎮ 由增加的外生变量 Xt+1计算出 Xtꎬ即 从第 t+1 年各部门的生产规模和结构推算第 t 年的 生产规模和结构ꎮ 令 Gt = A + B - I - PXt + PXt + 1 + Yt 则式6变为 Wt = Q -1 Gt + Wt + 18 反向递推法能够充分考虑未来年度的情况ꎬ从 某个目标模式出发ꎬ逐年向前推算ꎬ然后得到计划年 度的生产安排和安全投资ꎬ具有很现实的指导作用ꎮ 3􀆱 2 模型参数及系数确定 1消耗系数的确定ꎮ 消耗系数涉及直接消耗 系数矩阵和事故损失消耗系数矩阵ꎮ 由于直接消耗 系数代表着一个企业的生产技术结构ꎬ在一段时间 内如 5 年之内相对稳定ꎬ因此可以通过编制连续 5 年的投入产出表ꎬ根据表中的数据计算出 5 年的 直接消耗系数后ꎬ通过求取平均值后确定ꎮ 事故损 失消耗系数是建立在事故损失矩阵表的基础上ꎬ将 连续 5 年的事故损失消耗系数进行加权平均后确 定ꎬ并根据实际情况进行修订ꎮ 2投资系数的确定ꎮ 生产性投资系数矩阵是 建立在生产性投资矩阵表的基础上ꎬ将连续 5 年的 生产性投资系数进行加权平均后确定ꎬ并根据实际 情况进行修订ꎮ 安全投入系数矩阵是建立在安全投 入投资矩阵表的基础上ꎬ将连续 5 年的安全投入投 资系数进行加权平均后确定ꎬ并根据实际需要再进 行修订ꎮ 3外生变量的确定ꎮ 对于外生变量最终净产 品 Ytt= 0ꎬ1ꎬ2ꎬ􀆻ꎻT0ꎬT0为投资计划期长ꎬ可 根据特定煤矿能采集到的历史数据样本数ꎬ采用相 应的预测方法确定ꎬ若为大样本可采取人工神经网 络等方法ꎬ小样本则可采用支持向量机等方法确定ꎮ 应用动态投入产出模型进行安全投入预测和计 划分析ꎬ假定目标年的安全产出向量 Wt+1已知ꎬ 由上述提出的参数及系数确定方法ꎬ可以确定矩阵 Q、Gtꎬ则由式8可以求出 Wtꎬ进而根据式 2可以对各个部门安全投入量进行计划安排ꎮ 4 结 语 为了反映煤炭企业的特殊性ꎬ笔者在一般企业 投入产出表的基础上建立了基于安全视角的煤矿投 入产出表ꎬ反映一定时期煤炭企业各部门生产消耗、 安全投入与产出之间的相互联系和平衡关系ꎻ以直 接消耗系数、事故损失消耗系数、生产性投资系数和 安全投资系数为参数ꎬ建立了煤矿安全动态投入产 出模型ꎬ导出了安全投入与安全效益的动态关系式ꎻ 给出了安全投资系数定义ꎬ确定了各部门安全产出 与其他部门投入之间的比例关系ꎻ提出了事故损失 消耗系数概念ꎬ确定了各部门事故损失与其他部门 消耗之间的比例关系ꎻ给出了模型参数的确定方法ꎬ 可以依据具体情况和实际数据对煤炭企业各个部门 06 童 磊等煤矿安全动态投入产出模型研究2014 年第 5 期 安全投入量进行计划安排和预测分析ꎬ为煤矿企业 制定安全投资计划提供科学依据ꎮ 参考文献 [1] NILES LIND.Social and Economic Criteria of Acceptable Risk[J]. 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