谈煤矿安全评价及应用

关键词：煤矿安全；变权；正态云理论；云发生器；确定度

随着能源需求量的增加和开采强度的加大，煤与瓦斯突出、冲击地压及复合型动力灾害成为煤矿安全生产的首要威胁，我国目前的煤矿安全生产形势仍然严峻[1]。因此有必要对煤矿安全状态进行准确评估，据此制定合理的计划决策，以避免或减少煤矿安全事故的发生，为实现矿井的安全生产提供有力保障。近年来，随着软计算技术的发展，部分文献采用层次分析法、灰色关联理论、神经网络评价等[2-4]对煤矿安全的可靠性分析进行研究，分析了影响煤矿安全状态的主要因素，对煤矿安全的可靠度进行评估。但此类方法的权重确定存在较大的主观因素，无法保证评价结果精度。李创起等[5]利用模糊理论建立了煤矿安全管理评价模型，对煤矿实时管理状态的认识更为直观。在此基础上，罗景峰等[6]引入熵权法确定各样本指标权重。但该理论方法利用模糊数学对指标数值进行处理，没有考虑指标变动的不确定性，同时无法体现关键指标对煤矿综合状态的影响，容易忽略指标之间的均衡性鉴于此，为了更加准确的评价煤矿安全状态，构建基于变权和正态云理论的煤矿安全状态评估模型；基于熵权法确定权重的基础上，引入变权理论实现熵权权重变权化，避免常权方法确定权重的局限性，同时突出关键指标对综合评判结果的影响；采用正态云理论处理评价中的不确定问题，实现定性概念与定量数值之间的转换，以更加真实的反映煤矿综合安全状态。结合实例分析，验证该模型的可靠性。

1基于变权理论的权重确定

1.1确定熵权权重熵权法作为一种偏于客观确定常权权重的方法，可以简单明了地反映指标间的相对重要性，同时减少人为主观因素的影响[7]。熵权法对待评对象处理步骤如下：构建m个待评对象，n个评价指标的评判矩阵R=（xji）m×n，（j＝1，2．…，m；i＝1，2．…，n），xji为第j个待评对象的第i个指标值。经过归一化处理，得到标准矩阵A=（vji）m×n。1.2确定变权权重为了满足实际工程需要，引入变权理论对常权权重进行处理得到变权，实现熵权权重变权化，避免常权方法确定权重的局限性，同时突出关键指标对综合评判结果的影响。计算变权权重w＇i：

2基于云模型理论的综合评判

2.1建立评价指标体系煤矿安全状态受众多因素的综合影响，且具有一定模糊性与随机性。为了保证评价指标体系的科学性与合理性，综合考虑煤矿风险诱发的内外因素条件、矿区工程实际因素，并参考相关文献及行业标准规程[8-9]，选取人员风险因素（x1~x3）、设备风险因素（x4~x12）、环境风险因素（x13~x21）、管理风险因素（x22~x26）及信息风险因素（x27~x28）5个方面的主要因素构建煤矿安全状态评价指标体系，同时将煤矿安全状态等级划分为5级，即Ⅰ级（安全）、Ⅱ级（较安全）、Ⅲ级（一般）、Ⅳ级（较不安全）和Ⅴ级（不安全）。不同指标类型及安全级别临界值参考相关文献及行业规程[9-10]确定，煤矿评价指标等级划分标准见表1。2.2云模型理论云理论模型是在概率随机理论和模糊集合理论的基础上通过期望、熵、超熵构成正向云发生器，完成定性概念与定量数值之间转换的不确定问题的理论[11]。采用云模型替代隶属度的函数，能够较好地处理模糊评价过程中的均衡性与不确定性问题。为了更合理地描述评价指标特点，选择采用更为普遍的正态云模型进行评价分析。

3实例应用

将该模型应用到贵州省黔西县某煤矿的安全状态评价中。该矿区属于高原地貌，平均海拔标高为1220m。井田总趋势呈东南高、西北低，井田地形简单，可供用于工业生产的用地位置不多，水文地质条件属于中等复杂型。根据沉积条件分析，煤层顶底板主要为泥岩和粉砂岩，并富产大量植物化石。煤层厚度以中厚煤层为主，局部为厚煤层，埋藏深度较浅，倾角较小，结构稳定，且煤层及顶底板岩性较软属不易自燃倾向煤层。为了验证变权云理论方法的可靠性，采用熵权可拓方法进行煤矿安全状态预判，得出综合关联度的计算结果为0.86、0.88和0.80，对应评价等级状态均为中等安全。同时基于熵权及变权2种不同权重的基础上进行云模型评判对比分析。由式（1）～式（4），分别利用熵权法与变权理论计算各指标权重。2种方法的权重值如图1。由式（5）～式（6），计算各评价指标与不同状态等级的确定度。由式（7），求出综合确定度，根据最大隶属度原则，得出煤矿安全状态等级评判结果。其中为确保云模型评判结果的精度，利用正态云发生器进行运算的过程中，取N=50，即在云图中生成50个云滴，每个云滴对应一个评判结果。2种权重的综合评判等级结果如图2。

4结语

在熵权法确定权重的基础上，引入变权理论实现熵权权重变权化，突出了评价指标对综合评判结果的影响。结合实例分析，2种不同权重方法确定的煤矿安全状态等级评判结果与其他方法评判结果基本一致；同时，基于变权云理论评判方法对取值较差的指标作用不会被其他指标作用中和，可以有效地反映煤矿的真实安全状态。基于变权和正态云理论的煤矿安全状态评估模型，实现了定性概念与定量数值之间的转换，同时提高评判结果的可靠性。

作者：华攸金 李希建 陈刘瑜 单位：贵州大学矿业学院 贵州大学复杂地质矿山开采安全技术工程中心 贵州大学瓦斯防治与煤层气开发研究所