基于熵-测度量化的煤矿应急救援能力评价.pdf

收稿日期２０１９－０９－０５作者简介陈锦瑞（１９９２），男，陕西榆林人，２０１８年毕业于西安科技大学矿业工程专业，硕士，助理工程师，现从事一通三防相关工作。基于熵－测度量化的煤矿应急救援能力评价陈锦瑞（延长石油集团魏墙煤业有限公司，陕西榆林７１９１００）摘要应急救援系统是保证煤矿安全生产的重要基石，为了系统分析和评价煤矿应急救援能力，结合未确知测度理论，从危险源检测能力、应急准备能力、应急救援执行能力和事后恢复能力４个方面选取１９个因素构建了煤矿应急救援能力评价指标模型。并运用信息熵理论确定了各评价指标的权重，依据置信度识别准则进行了结果判定。最后以陕北魏墙煤矿为实例，用所构建的动态量化测度评价模型对矿井应急救援能力进行了评价，结果与煤矿实际情况吻合。本评价模型为煤矿应急能力评估提供了一种科学可行的方法，对煤矿事故防范有着一定的现实意义和指导意义。关键词煤矿应急救援；能力评价；未确知测度；信息熵；置信度中图分类号ＴＤ７７文献标志码Ｂ文章编号１６７１－７４９Ｘ（２０２０）０３－０１６６－０４Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｅｎｔｒｏｐｙ  ｍｅａｓｕｒｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＣＨＥＮＪｉｎ  ｒｕｉ（ＷｅｉｑｉａｎｇＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＳｈａａｎｘｉＹａｎｃｈａｎｇＰｅｔｒｏｌｅｕｍＧｒｏｕｐ，Ｙｕｌｉｎ７１９１００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＥｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｙｓ  ｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｕｎａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｈｅ  ｏｒｙ，１９ｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｈａｚａｒｄｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｅｐａｒｅｄ  ｎｅｓｓ，ｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｓｔｒｅｃｏｖｅｒｙｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙｔｈｅｏｒｙｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｅａｃｈｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ．ＴａｋｉｎｇＷｅｉｑｉａｎｇｃｏａｌｍｉｎｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｒｅ  ｓｕｌｔｗａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅ．Ｔｈｉｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｐｒｏｖｉｄｅｓａｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｈａｓｃｅｒｔａｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅａｎｄｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅ；ｃａｐａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｕｎａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄｍｅａｓｕｒｅ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙ；ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｄｅｇｒｅｅ０引言煤矿开采属于高风险作业，生产条件差且发生事故的危险源较多。矿井一旦发生事故，应急救援能力的强度就决定了救援的成效，因此需要提前对煤矿应急救援能力做出评价，了解煤矿企业现有的应急救援能力实际水平，发现不足并及时改进。近些年，我国许多专家学者在煤矿应急救援能力评价方面进行了研究，并提出了相应的评价方法，主要有６６１陈锦瑞基于熵－测度量化的煤矿应急救援能力评价２０２０年李叔保等［１］应用层次分析法对煤矿应急能力评价研究，侯金玲［２］应用灰色模糊综合法对煤矿应急救援能力进行评价研究，李树刚等［３］应用ＡＮＰ－ＢＰ方法对煤矿应急能力进行了评价，王春光等［４］利用可拓学理论对煤矿应急救援能力进行了评价。然而，应用上述方法进行煤矿应急救援能力评价时，权重的计算受主观因素影响较大，且不能综合考虑一些评价因素的不确定性和隐蔽性，造成评价结果与实际情况可能不相符合。基于此，引入信息熵与未确知测度理论对煤矿应急救援能力进行研究。信息熵理论是美国数学家香农为解决信息的度量问题提出的概念，利用信息熵确定权重可以充分利用客观数据所提供的信息来确定权重，较好地消除人为因素带来的偏差［５－７］。未确知测度理论由我国学者王光远［８］在１９９０年提出，它的特点是可以很好地解决评价中诸多因素的不确定性信息，还可以对其进行定量分析。因此将二者相耦合利用，既避免了确定权重的主观偏向性，又可定量去分析不确定性因素，使评价结果更为客观与实际情况更吻合。目前，熵－测度模型被成功应用到不同领域的风险评价和应急能力评价中［９－１２］。所以将耦合模型应用到煤矿应急救援能力评价中是一种较为理想和实用的评价方法。１煤矿应急救援能力评价体系及等级划分根据煤矿应急救援能力的含义和综合考虑应急救援能力的各影响因素，以国家安全法规为基准并按照科学性原则、系统性原则、可量化原则、可行性原则构建煤矿应急救援能力评价指标体系。将煤矿应急救援能力总体分为危险源检测能力、应急准备能力、应急救援执行能力和事后恢复能力４类，再从４类指标中选取１９个指标作为评价因子，如图１所示。图１煤矿应急救援能力评价指标体系根据煤矿应急救援能力评价指标等级划分标准，将每个评价指标划分为５个等级，即为Ⅰ级、 Ⅱ 级、 Ⅲ级、 Ⅳ级、 Ⅴ级，分别表示煤矿应急救援能力好、较好、一般、较差、安全评价和国家安全生产事故灾难应急救援预案等文献，以及根据煤矿现状及相关专家建议，对每一级都确定了一个评分标准，见表１（Ｘｉ代表煤矿应急能力各评价指标）。表１煤矿应急救援能力评价指标分级标准评价指标各等级分级指标 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级Ｘｉ１３５７９２煤矿应急救援能力熵－测度模型的构建将煤矿应急救援能力评价空间记为Ｘ，各应急能力评价因素分别用ｘ１，ｘ２，爥，ｘｎ表示，则Ｘ＝（ｘ１，ｘ２，爥，ｘｎ）。而每个评价的因素ｘｉ具有ｎ个评价指标ｆ１，ｆ２，爥，ｆｍ即Ｆ＝｛ｆ１，ｆ２，爥，ｆｍ｝，用ｘｉｊ表示第ｉ个评价因素ｘｉ关于第ｊ个指标ｆｊ的测量值。对每个评价指标都有ｌ个评价等级ｃ１，ｃ２，爥，ｃｇ评价空间记为Ｕ则Ｕ＝｛ｃ１，ｃ２，爥，ｃｇ｝，设第ｃｋ为第ｋ级的评价等级，且ｋ级比ｋ＋１级强，记为ｃｋ＞ｃｋ＋１（ｋ＝１，２，爥，ｇ），那么，Ｕ＝｛ｃ１，ｃ２，爥，ｃｇ｝就是评价空间Ｕ上的一个有序分割类。２．１单指标测度评价矩阵７６１第３期陈锦瑞基于熵－测度量化的煤矿应急救援能力评价根据煤矿安全生产法差。设应急能力评价因素ｘｉ关于评价指标Ｉｎ在评价等级ｃｋ处的程度为ｕｉｊｋ，记ｕｉｊｋ＝ｕ，其中是指标对评价等级的测量结果，是一种ｕｉｊｋ可能性测度，要求它符合０ ≤ｕ（ｘｉｊ∈ｃｋ） ≤１（１）ｕ（ｘｉ∈Ｕ）＝１（２）ｕ（ｘｉｊ∈∪ ｋｌ＝１ｃｌ）＝∑ ｋｌ＝１ｕ（ｘｉｊ∈ ｃｌ）（３）其中，式（１）称为“ 非负有界性” ，式（２）称为 “ 归一性” ，式（３）称为“ 可加性评” 。满足以上各式的ｕ为未确知测度。评价因素ｘｉ的单指标未确知测度矩阵为（ｕｉｊｋ）ｍｐ＝ｕｉ１１爥ｕｉ１ｐ  ｕｉｍ１爥ｕ         ｉｍｐ（４）２．２信息熵确定指标的权重设ｗｊ表示测量指标ｘｉ在整体评价中和其他指标相比具有的相对重要程度，且符合∑ ｍ１ｗｊ＝１，则称ｗｊ为ｘｉ的权重，权重向量记为ｗ＝｛ｗ１，ｗ２，爥，ｗｍ｝。权重的计算为ｖｊ＝１＋１ｌｇｚ ∑ ｌｋ＝１ｕｉｊｋｌｇｕｉｊｋ（５）ｗｊ＝ｖｊ∑ ｎｉ＝１ｖｉ（６）由于单指标测度评价矩阵已知，因此可以通过（５）式和（６）式求得权重ｗｊ。２．３多指标综合测度评价向量若ｕｉｋ＝ｕ（Ｘ∈ｃｋ）评价因素ｘｉ属于第ｋ等级的程度，则有ｕｋ＝∑ ｍｊ＝１ｗｊｕｉｊｋ（ｉ＝１，２，爥，ｎ；ｋ＝１，２，爥，ｇ）（７）显然有０ ≤ｕｉｋ＜１，∑ ｇｋ＝１ｕｉｋ＝１。所以式（７）所确定的ｕｉｋ是未确知测度，称向量｛ｕｉ１，ｕｉ２，爥，ｕｉｇ｝为ｘｉ的多指标综合测度评价向量。２．４置信度识别准则为了确定煤矿应急救援能力的最后评价结果，引入置信度识别准则设λ为置信度（ λ≥０．５，通常取０．６或０．７），如果ｃ１＞ｃ２爥＞ｃｇ，且令ｋ０＝ｍｉｎｋ ∶∑ ｋｌ＝１ｕｌ＞λ ，ｋ＝１，２，爥，ｇ（８）则认为此煤矿应急救援能力属于第ｋ０个评价等级ｃｋ０。３应用实例以魏墙煤矿为例，该矿为了验证事故应急预案的合理性和提高煤矿应急救援能力，每半年组织一次应急演练。并在演练期间邀请事故应急救援方面的专家，分工对演练的每个程序进行考核评价，综合考核结果给出煤矿应急救援能力等级，从而发现矿井在应急救援过程中所存在的问题及时进行改进。选取最近一次应急演练进行评价，各项评价指标的专家赋值结果，见表２。表２应急救援能力评价指标赋值评价因素评价指标赋值评价因素评价指标赋值危险源辨识３危险源检测能力危险源监测与控制６检测人员２监测设备４应急设施建设２应急物资与设备１应急准备能力应急救援队伍建设３应急培训与演练３应急救援预案编制２规章制度制定２通讯传递１应急救援预案启动１应急救援执行能力救援队伍的反应５应急指挥与协调３物资调配４事后生产恢复３事后恢复能力事后善后处理１事故调查分析１应急救援系统完善２３．１构造单指标测度函数根据单指标测度函数的定义和煤矿应急救援能力评价指标分级标准（表１），构建煤矿应急救援能力评价指标的单指标测度函数。所确定的测度函数如图２所示。图２各指标测度函数３．２计算多指标综合测度评价向量将表２中各指标的评价赋值代入单指标测度函数（图２）中，计算煤矿应救援能力评价的单指标评价矩阵，得到的评价矩阵如下８６１陕西煤炭２０２０年（ｕｉｊｋ）１９５＝０１００００００．５０．５００．５０．５０００００．５０．５０００．５０．５０００１０００００１００００１００００．５０．５００００．５０．５０００１００００１００００００１０００１０００００．５０．５０００１０００１００００１０００００．５０．                                                         ５０００（９）应用熵理论（５）和（６）式确定魏墙煤矿的应急救援能力体系的各个评价指标的权重，所确定的评价指标权重为（ｗ１，ｗ２爥ｗ１９）＝（０．０６４２８９７，０．０３６６０１６，０．０３６６０１６，０．０３６０１６，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０３６６０１６，０．０３６６０１６，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０３６６０１６，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０６４２８９７，０．０３６６０１６）。然后根据多指标综合测度评价向量式（７）和单指标评价矩阵（９）确定二墩煤矿应急救援能力体系的多指标综合测度评价向量为ｕ＝｛０  ４１２９５２５，０．４４９５５４１，０．１１９１９２１，０．０１８３００８，０｝。３．３置信度识别由于评价等级｛ｃ１，ｃ２，爥，ｃｇ｝的有序性，建立置信度准则，取置信度 λ＝０．７，根据（８）式可得ｋ０＝ｍｉｎ｜０．４１２９５２５＋０．４４９５５４１＝０．８６２２５０６６＞０．７｜。所以，由上式可以判断魏墙煤矿应急救援能力等级属于Ⅱ级，即该煤矿的应急救援能力较好。应用熵－测度模型所确定的评价等级与专家组对此次应急演练所给出的综合结果相符，与该矿的实际情况相吻合。４结论（１）通过对煤矿应急救援因素的分析和现场实际调研，以国家安全法规为基准并依据科学性原则、系统性原则、可量化原则、可行性原则建立了煤矿应急救援能力评价指标体系。（２）引入未确知测度理论，构建煤矿应急救援能力的评价模型，利用信息熵理论确定各项指标的权重，应用置信度识别准则进行评价等级判定。（３）将评价模型应用于陕北魏墙煤矿，结果表明，该煤矿的应急能力较好，与实际情况相吻合。所构建的评价模型为煤矿应急救援能力研究提供了一种新的思路，可以为煤矿事故的预防及应急救援能力的提升方面提供科学合理的决策支持。参考文献［１］李叔保，纵瑞盘，石超．基于层次分析法的煤矿事故应急救援能力评价研究［Ｊ］．科技风，２００９，２２（１４）２７７－２７７．［２］侯金玲．基于灰色模糊综合评价法的煤矿应急救援能力研究［Ｄ］．西安西安科技大学，２０１０．［３］李树刚，王璐，成莲花，等．基于ＡＮＰ－ＢＰ方法的煤矿应急能力评价研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１４，４１（６）１１５－１１９．［４］王春光．基于可拓理论的煤矿应急救援能力评价［Ｊ］．中国煤炭，２０１３，３９（８）１０９－１１４．［５］单仁亮，王存权，陈孝国．基于Ｖａｇｕｅ集理论的煤矿应急救援能力研究［Ｊ］．煤炭技术，２０１６，３５（２）３２０－３２１．［６］王清源，潘旭海．熵权法在重大危险源应急救援评估重的应用［Ｊ］．南京工业大学学报，２０１１，３３（３）８８－９２．［７］李博杨，李贤功．基于熵权法和集对分析的煤矿安全事故人因失误分析［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１７，４４（１）１１１－１１４．［８］王光远．论未确知性信息及其数学处理［Ｊ］．哈尔滨建筑工程学院学报，１９９０，２３（４）５２－５８．［９］韩云春，任波，杨理强，等．我国煤与瓦斯突出预测指标及技术研究现状浅析［Ｊ］．陕西煤炭，２０２０，３９（１）５１－５３，１２．［１０］杨力，王蕾．基于ＩＳＭ方法的煤矿应急救援能力评价指标体系［Ｊ］．中国矿业大学学报（社会科学版），２０１５，１７（１）５５－６１．［１１］刘楠．基于未确知测度的煤矿安全管理评价［Ｊ］．陕西煤炭，２０１３，３２（６）３８－３９，７６．［１２］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，２００６，２８（２）１０１－１０３．９６１第３期陈锦瑞基于熵－测度量化的煤矿应急救援能力评价

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