矿井通风系统安全评价方法综述.pdf

总 第9 9期 矿井通风 系统安全评价 方法综述 李润求， 施式亮， 彭 新 湖南科技大学 能源与安全工程学院， 湖南 湘潭4 1 1 2 0 1 摘要 我国的矿山企业安全生产形势严峻， 事故多、 伤亡大、 经济损失严重 ， 尤其是重、 特大事故频繁发 生。安全评价技术及其应用是预防和控制事故 的重要 内容， 对模糊综合评价法 F C E 、 层次分析法 A H P 、 基于灰色系统理论评价方法、 基于未确知测度理论评价法、 基于人工神经网络理论 A N N 的安全 评价方法以及评价方法综合集成等矿井通风系统安全评价方法进行了分析和比较， 提出了开展基于方法 集的综合集成评价的研究和建立综合集成评价的决策支持系统是矿井通风系统安全评价研究的发展趋 势。 关键词 安全评价； 矿井； 通风系统； 人工神经网络； 非线性理论 中图分类号 T D 7 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 【 2 0 0 8 0 1 0 0 0 1 0 3 S u mma r i z a t i o n o f S a f e t y As s e s s me n t M e t h o d s i n Co a l M i n e Ve n t i l a t i o n S y s t e m L I Ru n-qi u，S HI S h i 4 i a ng，P ENG Xi n E n e r g y a n d S a f e t y E n g i nee r i n g A c a d e m y ， H u n a n U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a nd T e c h n o lo gy ， X i a n g t a n 4 1 1 2 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n C h i n a，t h e s i t u a t i o n o f the s a f e t y p r o d u c ti o n w a s v e r y a u s t e r e i n c o al mi n e ， e s p e c i a l l y S O me g r a v e a c c i d e n t s ．T h e s a f e ty a s s e s s m e n t me tho d s o f v e n t i l a ti o n s y s t e m b a s e d o n f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a ti o n F C E ， a n al y t i c hie r a r c h y p r o c e s s A H P ， g r e y the o r y ， u n a s c e r t a i n e d me asu r e ，a r t i fi c i al n e ural n e t w o r k A N Na n d i ts c o m b i n a ti o n s a f e t y a s s e s s me n t m e th ods a r e anal y z e d ； the d e v e l o p m e n t t e n d e n c y o f the s a f e ty ass e s s me n t theory and t ech n o l o g y b a s e d o n the s e ts of c o mb i n a ti o n a s s e s s me n t and the d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a r e p r o p o s e d i n fut u r e ． Ke y wo r d s s a f e ty a s s e s s me n t ；mi n e；v e n ti l a ti o n s y s t e m；a r t i f i c i al n e ural n e two r k；n o n l i n e a r theory 煤炭是我 国能源的主体 ， 煤 炭工业是 国民经济 的基础产业 。我国煤炭工业在改革发展 、 结构调整 、 科技进步 、 安全生产等方面都有了可喜的变化 ， 年产 煤量达到 2 3亿 t 。由于我国煤炭分 布范 围广泛 ， 埋 藏地形复杂 ， 煤炭生产一直受到瓦斯 、 水害、 火灾、 煤 尘及顶板等各种灾害的威胁 ， 虽然通过各种措 施抑 止事故的发生 ， 百万吨死亡率正逐年下降 ， 但我 国目 前煤矿安全状况仍然相 当落后 ， 煤矿安全生产仍面 临严峻的挑战 ， 与发达国家的差距很大， 事故总量和 死亡人数远高于其他产煤国家。矿井通风是矿井安 全工作 的基础 ， 是稀释和排除矿井 瓦斯 与粉尘最 有 效 、 最可靠 的方法 ， 也是创造 良好劳动环境的基本途 径， 而合理的通风又是抑制煤炭自燃和火灾发展的 重要手段。评价矿井通风系统安全性 的目的在于及 时发现矿井通风 系统 中存在的问题和安全 隐患 ， 调 整和改造系统 ； 优化通风设计 ， 准确编制应 急预案 ， 指导通风安全管 理。因此 ， 在事故发生前及时准确 地对矿井通风系统做 出科学合理的评价、 发现存在 的事故隐患并及时处理以抑止事故 的发生成为防范 的关键 。 1 矿井通风系统安全评价方法 以往对矿井通风系统的评价大多采用安全检查 表和专家打分法 ， 安全检查表属于定性评价 ， 不能对 整个系统的安全性给 出确定 的结果 ， 专家打分法虽 然属于定量评价 ， 但专家各 自的权重很难确定 ， 操作 起来也较为困难。此类方法作为安全管理的手段之 一 是可行的， 但是作为对系统危险程度的评价 ， 这类 收稿 日期 2 0 0 7 - 1 2 -0 3 基金项目 国家自然科学基金资助 5 0 7 7 4 0 3 3 ； 湖南省 自然科学基金资助项目 0 6 J J 2 0 0 6 9 。 作者简介 李润求 1 9 6 8一 ， 男 ， 湖南娄底人， 高级工程师， 硕士， 从事安全技术及工程方面的研究。 施式亮 1 9 6 2一 ， 男， 浙江天台人， 教授， 博士后 ， 博士生导师， 从事安全技术及工程方面研究。 维普资讯 2 0 0 8年 1月 李润求等 矿井通风系统安全评价方法综述 弟1 7卷弟1期 方法以各指标的得分值作为评价依据 ， 其结果缺乏 说服力。随着矿业 的发展 ， 对矿井通风 系统进行安 全评价也得到 了人们的关注 ， 国内矿井通 风学者对 矿井通风系统的评价方法及评价标准作了大量的研 究， 提 出了多种多样的评价方法 ， 主要有模糊综合评 价法 、 层次分析法 、 基于灰色 系统理论评价方法 、 基 于未确知测度理论评价法、 基于人工神经网络理论 的安全评价方法等 ， 见表 1 。 2 矿井通风系统安全评价方法的综合集成 综合集成的评价方法是将两种或两种以上的方 法加 以改造并结合 ， 以使在评价方法 中能考虑到更 多的评价因素 ， 综合利用各种方法所提供的信息 ， 从 而尽可能地提高评价水平和精度 ， 使评价结果更客 观。对同一评价问题 ， 不 同的评价方法提供不 同的 有用信息 ， 而且每一种方法都有 自己固有的缺陷 ， 把 多种评价方法进行适当组合 ， 有利于弥补这些缺陷 ， 使评价结果更为精确。矿井通风系统安全评价属于 多属素综合评价范畴 。不少学者在进行矿井通风系 统安全评价过程中， 为克服单一数学模 型存在 的缺 陷， 在综合各方法优点基础上 ， 相继开发了多种方法 相结合 的复合评价模型。 表 1 矿井通风 系统常用评价方法 2 ． 1 层次分析法、 模糊理论与灰色理论结合 在评价过程 中经常会遇到定性指标和定量指标 混合的情况， 为了使评价更加精确就需要 注意定性 指标量化的问题 ， 这就使得单一 的评价方法 必须在 指标量化方面做出改进。借助灰色多层次评判方 法 ， 能够比较容易地定量描述评价分级的模糊界限。 同时， 通风系统 的安全可靠性决定于多项指标 ， 各指 标可分为若干个层 次， 当评判对象 的各指标之间有 不同的层次结构时， 这时就必须进行 多层次综合评 判 。多层次评判是在单层次综合评判的基础之上进 行的， 其评判方法相似， 但在处理数据方面不相同， 第一层次的数据完全借助于第二层次的数据， 而不 需再进行数据的无量纲化处理。矿井通风系统的影 响因素具有模糊性 、 灰色性和层次性 ， 将模糊综合评 判、 灰色系统理论和层次分析法有机地结合起来 ， 提 高 了评价结果的可靠性和准确性- l 卜 J 。 2 2 ． 2 模糊理论、 粗糙集理论与人工神经网络相结合 模糊理论和神经网络技术是近年来人工智能研 究较为活跃的两个领域 。模糊人工神经网络评价方 法是基于 B P算法发展起来 的， 通过引入模糊数学 、 遗传算法等 ， 汇集了神经网络与模糊理论的优点 ， 集 学习、 联想 、 识别 、 自适应及模糊信息处理于一体 ， 将 技术方法应用到综合评价领域 ， 方法更加灵活 、 智能 化 。波兰学者 Z ． P a w l a k于 1 9 8 2年提 出的粗糙 集 R o u g h S e t ， 简称 R S 理论是一种新 的处 理含糊性 和不确定性问题 的数学工具。相对 于概率统计 、 模 糊集等处理含糊性和不确定性 的数学工具而言 ， 粗 糙集理论有这些理论不具备的优越性。粗糙集理论 是用来研究不完整数据 、 不精确知识的数学工具 ， 并 能从各种不完备信息 中发现 隐含的知识 ， 揭示潜在 的规律。粗集理论基于不可分辨 的思想和知识约筒 的方法 ， 去掉决策表中的冗余属性， 化简后 的决策表 维普资讯 2 0 0 8年1月 李润求等 矿井通风系统安全评价方法综述 弟1 7卷弟1 期 具有与化简前 的决策表相 同的功能 ， 但化简后的决 策表具有更少的条件 属性 ， 同样 的决策可以基于更 少量的条件。这些方 法正不断应用 到矿 山安 全评 价 、 矿井通风系统安全评价 等方面。 3 矿井通风系统安全评价技术的发展趋势 安全评价理论和技术作 为一 门交叉学 科 ， 涉及 自然科学 、 社会科学 、 管理科学 以及工程技术等多学 科领域 ， 包含深刻的科学问题和巨大的理论和实践 创新空间。在未来 的发展阶段 ， 安全评价理论 和技 术 ， 特别是矿井安全评价技术将得到充分 的发展和 完善 ， 并将逐步在行业和社会得到普遍推广和使用。 1 开展基于方法集的综合集成评价 的研究。 方法集是 指能独立完成对对象进行评 价方法 的全 体 。基于方法集的综合评价方法是在评价的基本原 则指导下 ， 根据一定 的准则 和规则从基本评价方法 集中抽取若干方法 ， 通过适 当的模型， 将它们综合为 一 种评价模型对评价结果进行优化组合的全过程 。 对于评价指标权重的确定以及多方法评价结论的非 一 致性问题 ， 可以通过寻求有效方法的组合来解决。 这种方法是解决矿井通 风系统安全评价 的有效途 径 。 2 建立综合集成评价 的决策 支持 系统。将 多方法组合 、 交互式思想同先进 的技术方法综 合起 来构成集成式智能化交互式评价支持系统 ， 应用综 合评价对象集 、 评 价 目标集 、 评价方法集 ， 以及知识 工程 、 专家系统 、 人工神经网络 、 模糊集理论 、 非线性 理论等 ， 将现代计算机科学等先进技 术与基础理论 融于一体 ， 形成“ 人一机一环一管理一评价对象” 一 体化模式 ， 使评价工具具备通用性 、 规范性 、 智能性 、 交互性等特征。 4 结语 矿井通风系统是一个多环节 、 非线性 、 动态性和 模糊性的复杂关联大系统 ， 具有复杂、 多变、 随机等 内涵 明确、 外延模糊 的特点。安全评 价是一项改善 煤矿安全管理现状 ， 建立安全生产长效机制的手段 ， 是一项长期永恒的工作 。研制与开发具有支柱作用 的、 适应井下特殊生产 活动的评价理论 、 技术 和方 法 ， 解决矿井通风系统安全问题对于抑止事故特别 是特重大事故具有重大的理论意义和应用价值。对 矿井生产系统现有 的安全状况、 动态分析 以及矿井 安全性未来科学 、 准确的预测， 是安全评价理论与技 术研究 的重要内容， 也是煤矿安全管理过程必须解 决的课题。应用现代应用数学、 计算机科学、 人工神 经网络、 非线性系统理论等对矿井安全评价理论和 应用进行系统的研究 ， 对改善矿井安全状况 ， 推进我 国矿 山生产领域安全科技进步 ， 提高矿山企业防灾 、 抗灾能力 ， 促进煤炭工业 的可持续发展均具有重要 意义。 参考文献 [ 1 ] 秦书玉 ， 孙平． 矿井通风系统的模糊贴近度优化评 价法[ J ] ． 辽宁工程技术大学学报， 2 0 0 5 ， 2 4 1 2 3 2 5 ． [ 2 ] 余铁军， 等． 模糊综合评判法在矿井通风系统安全评 价中的应用[ J ] ． 黄金， 2 0 0 7 ， 2 8 5 1 82 1 ． [ 3 ] 蔡卫， 吴兵． 层次分析法在矿井通风评价中的应 用[ J ] ． 辽宁工程技术大学学报， 2 0 0 5 ， 2 4 2 1 4 9 1 5 2． [ 4 ] 谢贤平， 赵梓成． 灰色聚类法在矿井通风系统评价 中 的应用[ J ] ． 工业安全与防尘， 1 9 9 1 1 1 5 ． [ 5 ] 罗中杰 ， 赵云胜， 刘如民． 矿井通风系统的灰关联评价 [ J ] ． 安全与环境工程 ， 1 9 9 6 4 91 1 ． [ 6 ] 李树刚， 马超， 王国旗． 基于未确知测度理论的矿井 通风安全评价[ J ] ． 北京科技大学学报， 2 0 0 6 ， 2 8 2 1 011 03． [ 7 ] 罗云庆， 杨迎 ， 马超． 矿井通风系统未确知测度安 全评价方法研究及应用[ J ] ． 矿业安全与环保 ， 2 0 0 6 ， 3 3 1 8 1 8 5 ． [ 8 ] 程磊， 杨运良， 熊亚选． 基于人工神经网络的矿井通 风系统评价研究 [ J ] ． 中国安 全科学学报， 2 0 0 5， 1 5 5 8 9 9 1 ． [ 9 ] 张晓宇 ， 窦世卿． 应用神经网络评 价矿井通风 系统 [ J ] ． 有色矿冶， 2 0 0 5 ， 2 1 4 1 1 1 3 ． [ 1 0 ] 陈君． 基于人工神经网络的矿井通风系统安全可 靠性评价[ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 0 7 ， 3 4 3 6 0 61 ． [ 1 1 ] 张甫仁 ， 景国勋， 顾志凡． 矿井通风系统安全可靠性 的灰色多层次综合评判[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 1 ， 2 0 6 414 7． [ 1 2 ] 赵伏军， 等． 基于层次分析法 一模糊综合评价 A H P F C E 模型优化矿井通风系统的研究[ J ] ． 中国安全 科学学报， 2 0 0 6 ， 1 6 4 9 1 9 6 ． [ 1 3 ] 刘辉， 王海宁， 吕志飞． 模糊神经网络技术在矿山 安全评价中的适应性研究[ J ] ． 中国安全生产科学技 术 ， 2 0 0 5， 1 3 5 7 5 9 ． [ 1 4 ] 王洪德 ， 马云东． 基于粗糙集 一神经网络的矿井通风 系统可靠性评价仿真研究[ J ] ． 系统工程理论与实 践 ， 2 0 0 5 ， 2 5 7 ． [ 责任编辑 魏晋英】 3 维普资讯