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★煤矿安全 ★ 以可拓理论为基础的煤矿安全综合评价研究 3 李静宜1 ,2 王秀举1 慕庆国1 ,2 1 1 山东工商学院,山东省烟台市, 264005 ; 21 山东工商学院煤炭经济研究院,山东省烟台市, 264005 摘 要 探讨了可拓理论应用于煤矿安全综合评价中的可行性,构建了综合评价指标体 系和基于变量物元的一般综合评价模型,指出了评价模型应用过程中需注意的问题。 关键词 煤矿安全 可拓理论 评价指标 评价模型 中图分类号 TD7 文献标识码 A A research on coal mine safety comprehensive uation based on extension theory Li Jingyi1 ,2, Wang Xiuju1, Mu Qingguo1 ,2 1 1Shandong Institute of Business and Technology ,Yantai 264005 ,China ; 21Coal Economy Academy Shandong Institute of Business and Technology Yantai 264005 ,China Abstract In the paper , Chinese coal mine safety status was analyzed to expound the impor2 tance and necessity to use safety uation1This paper discusses the feasibility of the use of ex2 tension theory in coal mine safety comprehensive uation1At the same time , the paper also constructs a comprehensive uation indicator system and a common comprehensive uation model based on variable matter element1Finally , the paper points out the problems calling for at2 tention in the application of the uation model1 Key words coal mine safety , extension theory , uation indicator , uation model 3 基金项目山东省软科学基金基于可拓的矿工事 故行为控制因素研究2007RKB236 ;山东省软科学项目 山东省制造业技术创新研究2008RKA290 ;基于文本挖掘 的决策方法研究2008BS01028 煤炭企业的安全生产工作是一个复杂的系统工 程,建立安全生产长效机制是煤炭企业安全发展的 前提,利用可拓学中的不相容问题来解决安全生产 长效机制中各种评价指标的不完备性,对做好煤矿 安全综合评价是一种有益的尝试。 1 综合评价问题的物元模型 物元分析的突出特点是创立了“物元”这一新 概念。所谓物元,是把一个事物的质和量有机地联 系在一起的重要概念,也是物元理论的首要基本概 念,可具体定义为把物N、特征c及N关于c 的量值v构成的有序三元组 R N , c, v 物,特征,量值作为描述事物的基本元,简称 “物元” 。 任何事物都是有多个特征的,如果对于事物 N ,用n个特征c1,c2,⋯cn及其对应的量值v1, v2, ⋯vn来描述,则称R为n维物元,并记作 R Nc1v1 c2v2 ⋯⋯ cnvn N ,c, v 其中Ri N ,ci, vi称为R的分物元。 设待综合评价单元为N ,对于此问题的影响 因素有n个,则评价问题基本n维物元模型为 R N ,cj,vj Nc1v1 c2v2 ⋯⋯ cnvn j 1,2⋯ n 如果每个影响因素的指标有m个,根据物元 的发散规则cjcj1,cj2,⋯cjm则R N ,cjk, vjkk 1,2,⋯m , m根据j的不同而不同。将 其简化可得到评价物元 001 中国煤炭第35卷第10期2009年10月 R N ,cj, vj Nc1v1 c2v2 ⋯⋯ clvl j 1,2⋯l; l n m 1 数学建模是一个理想化的过程,常舍去许多实 际内容,顾及不到中间的过程和实际的变化,利用 物元模型来制定评价方案,可以补充单纯数学建模 的缺点。应用可拓学方法去评价煤矿安全系统,建 立适宜的多层次指标参数的评价模型,能用具体的 数值表示最终的评价结果,与其它评价方法相比能 够对煤矿安全生产给出一个更客观的评价。 2 煤矿安全综合评价指标体系建立 煤矿安全生产是一个极其复杂的系统,虽然事 故发生的机理各异,但引发事故的因素却相互关 联,在时间、空间上各种事故随时随地可能发生, 且相互影响。利用物元模型对煤矿安全生产进行评 价也就是物元模型中的N , 建立其综合评价指 标也就是物元模型中的影响因素n非常重要。 评价指标的选取是一个复杂的问题, 1994年 劳动部劳动科学技术科研项目建立矿井安全评价 指标体系研究成果中提出了煤矿安全评价指标的 选取原则目的性、科学性、系统性、可操作性、 独立性、方向性、突出性和可比性。 煤矿安全评价中,并非评价指标越多越好,关 键是评价指标在评价中所起作用的大小。本文根据 可拓理论模型建立要素,通过分析收集到的信息, 从各种要素中抽象出能描述系统概貌的具有代表性 的指标,建立了煤矿安全评价指标体系。 1煤矿安全生产管理。包括安全生产管理机 构的效能、安全检查、排查工作力度、安全规章制 度、作业制度等指标。 2煤矿企业职工管理。包括职工的资质、技 术水平、劳动熟练程度、安全意识和安全教育培训 等指标。 3煤矿企业的绩效考核。包括激励措施奖 罚力度、完成任务的程度、完成任务的时间等指 标 4煤矿企业的作业指标。包括露天煤矿开采 作业指标、井工煤矿开采作业指标。 5煤矿企业信息管理。灾害监测监控系统的 整体性能、安全信息管理系统的效能等指标。 6煤矿企业状况。包括产能投入、安全投 入、行业竞争程度、销售价格影响、企业利润、利 润率、生产效率、工作面日产量等指标。 7煤矿企业投保情况。包括保险赔偿、工伤 保险基金、同业工伤保险基金、工伤保险基金费率 等指标。 为了更准确地建立模型,有些一级指标所包括 的二级指标还可以细分,比如煤矿企业作业指标中 的所有二级指标也就是物元模型中的m都可以 细分如下 露天煤矿开采作业指标。包括凿岩辅助作业情 况、爆破辅助作业情况、采装辅助作业情况、运输 排卸辅助作业情况、现场管理、防尘防毒、防排水 和防灭火等三级指标。 井工煤矿开采作业指标。包括井下防瓦斯、防 灭火、防治水、防尘、爆破、机电设备管理、运输 与提升系统管理等三级指标。由此可以建立如图1 所示的煤矿安全综合评价指标的层次结构模型图。 图1 煤矿安全综合评价指标的层次结构模型图 3 可拓理论在煤矿安全综合评价中应用 311 基于可拓理论的煤矿安全综合评价的步骤 可拓理论综合评价的基本思想是根据日常管理 中积累的数据资料,把评价对象的优劣划分为若干 等级,由数据库或专家意见给出各等级的数据范 围,再将评价对象的指标带入各等级的集合中进行 多指标评定,评定结果按它与各等级集合的综合关 联度大小进行比较,综合关联度越大,就说明评价 对象与该等级集合的符合程度愈佳。 根据这一思想对图1所示的煤矿安全综合评价 指标的层次结构图中的安全性、技术合理性、经济 可行性作可拓评价。当然,不同的煤矿由于具体情 况不同,根据具体数据建立的模型评价结果也不 同。但是一般的步骤如下 101 以可拓理论为基础的煤矿安全综合评价研究3 1确定煤矿安全综合评价的评价指标,并且 根据评价指标建立待评价对象的可拓物元模型,如 公式1。 2确定煤矿安全综合评价可拓模型的经典域 和节域。 按照一定的评价标准将煤矿安全系统中的影响 因素分成不同的等级,根据物元理论则可以将下面 的公式定义为经典域的物元模型 Rt Nt, Cj, vtj Ntc1vt1 c2vt2 ⋯⋯ clvtl Ntc1 c2 ⋯⋯ cl t 1,2⋯s, j 1,2⋯ l 2 式中s 等级数; l 指标的个数; Nt 对综合评价的第t等级; Cj 评价的指标; vtj 评价指标Cj在相应等级对应的量 值,Vtj a tj, btj。 将下面的公式定义为节域的物元模型。 Rp p , Cj, vpj pc1vp1 c2vp2 ⋯⋯ clvpl Ntc1 c2 ⋯⋯ cl j 1,2⋯ l 3 式中P 评价事物所有等级的全体; Cj 评价的指标; vpj 表示评价指标Cj的所有取值量的范 围,也就是P的节域,vpj apj,bpj。 3确定每个评价指标关于各安全等级的关联 函数ktj v j,这个关联函数表示了指标具有安全 性能的程度。为了量化物元的特征,在可拓理论中 有“距”这一概念,根据“距”的值表述点在区间 内的不同位置,建立了同一类别下的元素具有不同 程度性质的定量描述。这样打破了传统的同一类别 下元素相同的定性描述,建立关于v的关联函数 ktj v j如下 ktj v j - pvj, vtj vtj v j∈vtj ktj v j - p vj, vtj pvj, vtj - pvj, vtj v jvtj 4 其中 p vj, vpj vj- apj bpj 2 - 1 2 b pj- apj和 p vj, vtj vj- atj btj 2 - 1 2 b tj-atj为vj、 节域vpj和与经典域区间vtj的距离。即前面所描述 的“距” 。 4确定评价等级。 利用上面计算得出的评价指标关联函数,按下 面的公式计算待评价事物关于t等级的关联度 kt N ∑ l j 1 Ajktj v j 5 式中Aj 各评价指标的权重系数,可以用各 种方法计算出。 评价准则取maxkt N t 1,2,⋯ s 为最 终评价值,它代表着评价单元所属划分等级的程 度。下面以龙口矿业集团北皂矿为例,利用可拓理 论对煤矿安全进行综合评价。 3. 2 基于可拓理论的煤矿安全综合评价的实例 利用可拓理论对龙口矿业集团北皂矿的安全性 进行综合评价。 1确定北皂矿安全综合评价的各项指标及分 级后各指标标准量值。拟定对安全评价级别划分 为Ⅰ 级为安全,Ⅱ 级为一般,Ⅲ 级为较差。 笔者参考龙口矿业集团龙口矿业集团公司北 皂煤矿作业系统评价的部分数据归纳总结出北皂 矿安全综合评价的指标项及各级对应的指标量值, 如表1所示。根据调研情况整理出2007年相关指 标的平均数据,表2所示。 2根据表1、表2构造作业人员评价单元的 各指标物元经典域Rt和节域Rp以及待评价物元模 型R。 RtNt ⅠⅡⅢ C130,3525,3035,45 C2[150,180][80,150][0,80] C3[10,15][15,20][0,10] C4[6,9][3,6][0,3] 201 中国煤炭第35卷第10期2009年10月 Rp C1[25,45] PC2[0,180 C3[0,20] C4[0,9] R NC13012 C2109 C31311 C4715 表1 北皂矿安全综合评价指标及各级对应的指标量值 评价 单元 评价指标 安全等级 ⅠⅡⅢ 作 业 人 员 管 理 状 态 设 备 水 平 C1职工平均年龄/岁30～3525～3035～45 C2职工专业年平均培训时间/ h150～18080～1500～80 C3职工平均工龄/ a10～1515～200～10 C4职工平均受教育程度/ a6～93～60～3 C5专业管理人员占有率/ 0175～1014～01750～014 C6规章制度完善程度/ 0175～1014～01750～014 C7违章作业率/ 0175～1014～01750～014 C8安全管理组织的协调性/ 019～1016～0190～019 C9设备待修率/ 0～01050. 05～014014～1 C10设备故障率/ 0～0120. 2～014014～1 C11维修保养合格率/ 019～1016～0190～019 C12安全防护设备合格率/ 019～1016～0190～019 表2 北皂矿安全综合评价指标的原始数据2007年 评价单元评价指标指标值 作 业 人 员 管 理 状 态 设 备 水 平 职工平均年龄/岁3012 职工专业年平均培训时间/ h109 职工平均工龄/ a1311 职工平均受教育程度/ a715 专业管理人员占有率/ 2 规章制度完善程度/ 8514 违章作业率/ 3211 安全管理组织的协调性/ 9112 设备待修率/ 211 设备故障率/ 716 维修保养合格率/ 9216 安全防护设备合格率/ 9315 3直接利用层次分析法确定各指标的权重 C1 01075 ,C2 01525 ,C3 01363 ,C4 01038 , 即A1[01075 , 01525 , 01363 , 01038]。 4按照公式4建立关联函数,确定指标 和安全等级的关联度。 K11 v 1 01184 ,K21 v 1 - 011 ,K31 v 1 - 1; K12 v 2 01203 ,K22 v 2 - 01217 ,K32 v 2 - 01554 ; K13 v 3 01752 ,K23 v 3 01474 ,K33 v 3 - 1; K14 v 4 - 01004 ,K24 v 4 0102 ,K34 v 4 - 01536。 利用公式5计算出综合关联度Kt N 0 1114 ,- 01094 ,- 01596。 根据评价准则可知,该企业作业人员管理评价 级别为 Ⅰ 级。 同样的方法可以对管理状态作可拓评价,计算 结果Kt N - 0 1632 , 01217 ,- 01 121 。 根据评价准则可知,该企业管理状态评价级别 为 Ⅱ 级。 同样的方法对企业设备水平作可拓评价,其结 果Kt N - 0 1046 , 01198 ,- 01 326 。 根据评价准则可知,该企业管理状态评价级别 为 Ⅱ 级。 5结果评价。利用这3个可拓评价结果作为 煤矿安全性评价的矩阵,利用层次分析法对作业人 员、管理状态及设备水平计算出权重系数A 0 1403 , 01382 , 01215。根据公式最终算出评价 对象和各等级的关联度K - 01186 ,- 01143 , - 01 316 。根据评价准则可知,该企业安全管理状 态综合评价级别为 Ⅱ 级一般。 6结果分析。该关联度表示该企业在生产方 面重点是降低运输设备的故障率和待修率,改善工 作面的环境状况;同时要加强工人的专业培训,提 高工人的素质,减少人为失误;加大组织管理和人 员管理的力度。 301 以可拓理论为基础的煤矿安全综合评价研究3 4 结论 本文将可拓学理论应用于煤矿安全系统综合评 价中,确定了煤矿安全系统综合评价经典域、节域 以及关联函数的计算步骤,同时通过龙口矿业集团 北皂矿为实例验证了可拓理论在安全评价中确实可 以起到量化评价的效果,能客观的显示评价结果。 但这只是初步的尝试,在这里只是设立了很少部分 指标,更多指标的设立以及标准量值范围的确定都 需要进一步研究和完善。另外,在关联函数的建立 上也可以针对不同的问题用其他的方法来建立,这 也是我们日后需要进一步探讨的。 参考文献 [1]蔡文,杨春燕,林伟初 1 可拓工程方法[ M]1 北京 科学出版社, 2000 [2]施式亮 1 矿井安全非线性动力学评价模型及应用研究 [D]1 中南大学, 2000 [3]杨大明 1 煤矿安全风险综合评级模型及其应用研究 [D]1 中国矿业大学, 2005 [4]许江1 矿山矿井安全评价内容与评价体系[J ]1 中国 矿业, 2005 8 [5]王超等1 基于ANN的煤矿安全评价方法探讨[J ]1 矿业安全与环保, 2005 6 [6]慕庆国1 减少煤矿事故的可拓方法研究[J ]1 中国矿 业, 2006 8 [7]慕庆国1 基于可拓的矿工行为安全因素分析[J ]1 煤 矿安全, 2007 7 作者简介李静宜1976 - ,女,研究生,山东工商 学院管理系讲师。研究方向为物流管理。 责任编辑 张毅玲 上接第95页 量为62132 ,可利用率稍低, 不过亦可至半数。这5个燃煤企业的粉煤灰都符合 C类装修材料的指标。 当然在实际应用当中,需要考虑一些其他因素 来决定粉煤灰的最佳掺入量,一般来说,最佳掺入 量不得超过最大可掺入量。除此之外,还应该考虑 建筑材料中其它物质所含放射性核素的放射性水平。 5 结论 1通过对贵州省5家典型燃煤企业堆存的粉 煤灰进行放射性核素比活度的测定,发现主要有4 种天然放射性核素, 238 U、232Th、226Ra、40K。5 家典型燃煤企业所产的粉煤灰中这4种天然放射性 核素的放射性比活度各不相同,有的相差很大。并 且各种粉煤灰的相同天然放射性核素的放射性比活 度没有明显的规律可循。 2贵州西部粉煤灰放射性水平符合国标 GB6566 - 2001中的各项要求,其使用不受产销和 使用范围的限制。贵州北部和东部的粉煤灰除不能 满足100 用作建筑主体材料外,用作其它材料的 各项指标符合要求,不受产销和使用范围的限制。 3贵州中部的粉煤灰可作为掺入成分用于各 建筑材料,其中1 粉煤灰最大掺入量大于50 , 而3 粉煤灰最大掺入量在50 左右。 4贵州西部、北部、东部的粉煤灰可主要用 作建筑主体材料的生产,比如粉煤灰水泥、粉煤灰 混凝土、砖、瓦等。而贵州中部的粉煤灰可主要用 作建筑物的外饰物,制作海堤、桥墩等。 参考文献 [1]陈秀峰,严捍东 1 建筑材料放射性污染来源及其检测 现状[J ]1 建筑技术开发, 2004 7 [2]张洪图1 建筑材料的放射性污染浅析[J ]1 辽宁城乡 环境科技, 2004 2 [3]张金安等 1 粉煤灰与废旧塑料的综合利用[ M]1 北 京国防工业出版社, 2005 [4]尹连庆,宏哲 1 粉煤灰放射性污染及控制技术[J ]1 粉煤灰综合利用, 2007 1 [5]吕剑明,吕海涛,刘远,孙志坚1 贵州粉煤灰综合利 用分析与展望[J ]1 粉煤灰综合利用, 2008 3 [6]中华人民共和国国家标准GB11743 - 891 土壤中放射性 核素的γ能谱分析方法[ S]1 北京中国标准出版社, 1989 [7]中华人民共和国国家标准GB6566 - 20011 建筑材料放 射性核素限量[S]1 北京中国标准出报社, 2002 [8]张覃,毛健全,肖喜生1 粉煤灰的放射性及防护[J ]1 粉煤灰, 2001 5 作者简介刘向御1985 - ,男,山西省长治人,汉 族。贵州大学矿业学院硕士研究生,矿物加工工程专业。 责任编辑 康淑云 401 中国煤炭第35卷第10期2009年10月