（企业管理专业论文）煤矿安全生产评价方法及对策研究.pdf

摘要 本文分析了影响煤矿安全生产的宏观和微观因素，并从宏观和微观因 素两个方面建立了煤矿安全生产的评价指标体系。 在煤矿安全生产局部系统评价方面，本文针对煤炭企业一般科技水平 评定问题，利用租糙集和多层前向神经网络建立了煤炭企业一般科技水平 评定的专家系统，实例分析证明系统具有很高的适用性。另外，本文利用 概率神经网络良好的分类能力，建立了煤层自燃危险程度等级评定系统， 系统有效性检验说明该系统能很好地学习专家知识，并能有效地利用专家 知识完成煤层自燃危险程度等级评定工作。 在煤矿安全生产总体状况评价方面，利用层次分析法模型对澳大利亚、 美国、南非和中国的煤矿安全生产状况进行了评价比较，比较结果说明中 国各项指标均落后于这三个国家，中国煤矿安全生产形势十分严峻。另外 利用模糊综合评判法对2 0 0 5 年鸡西矿业集团总体安全生产状况的评价为 “差”，鸡西矿业集团安全生产事故处于高发期。 通过国家、地方政府、煤炭企业、一线工人四方博弈分析，对局中入 的行为和期望收益以及国家的相关政策进行了探究，提出了四方博弈的理 想平衡局势，并围绕着如何使现实四方博弈的平衡局势趋近于理想平衡点 问题，提出了应对我国煤矿安全现状的对策。 关键词：煤矿安全；宏观因素；微观因素；安全生产谔价；四方博弈；对 策 a b s t r a c t n c m a c r o s c o p i ca n dt h em i c r o s c o p i cf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c ec o l l i e r ys a f e t y p r o d u c t i o nh a v e b e e nd i s c u s s e di nt h i sp a p e r , a n dt h ee v a l u a t i o ni n d i c e ss y s t e m i sp r o p o s e dw i t ht h em a c r o s c o p i ca n dm i c r o s c o p i cv i e w d e a l i n gw i t hl o c a le v a l u a t i o nt e c h n o l o g yo fc o l l i e r ys a f e t yp r o d u c t i o n , t h e e x p e r ts y s t e mf o rc o a le n t e r p r i s es c i e n c ea n dt e c h n o l o g ye v a l u a t i o ni sp r o p o s e k l u s i n gr o u g hs c i sa n df e e d - f o r w a r dn e u r a ln e t w o r k , a n ds i m u l a t i o ni n s t a n c e s h o w st h a tt h es y s t e mh a sag o o df e a s i b i l i t y i na d d i t i o n , t h ec o a ls e r f - i g n i t e e v a l u a t i o ns y s t e mi sp r o p o s e db a s e do np r o b a b i l i s t i cn e u r a ln e t w o r k , a n dt h e s i m u l a t i o ni n s t a n c es h o w st h a tt h es y s t e mc a nl e a r nt h ee x p e r tk n o w l e d g ea n d a c c o m p l i s ht h es e l f - i g n i t ee v a l u a t i o nw o r k w i t ht h er e m e m b e r e d k n o w l e d g e d e a l i n gw i t hg e n e r a le v a l u a t i o np r o b l e mo fc o l l i e r ys a f e t yp r o d u c t i o n , a n d c o a ls a f e t yp r o d u c t i o nc o m p a r i s o nb e t w e e na u s t r a l i a , a m e r i c a , s o u t ha f i i c a a n dc h i n ai sc a r d e do l lw i t ha h p m e t h o d , c o m p a r i s o nr e s u l ts h o w st h a tc h i n a r a n k sn u m b e rf o u ri nt h e s ef o u rc o u n t r i e sw h i c hi sav e r ys e r i o u ss i t u a t i o nf o r c h i n a t h es a f e t yp r o d u c t i o ns i t u a t i o no fj i x im i n i n gg r o u pc o r p o r a t i o ni s e v a l u a t e db yu s i n gf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d , t h ee v a l u a t i o n r e s u l ti sb a dl e v e l , w h i c hm e a u st h ec o a lm i n ec a l a m i t yo fj i x im i n i n gg r o u p c o r p o r a t i o ni sa ti t sp e a k s r e s e a r c h e so i lp l a y e rb e h a v i o r , e x p e c t e dp a y o f f s ，p o l i c i e so fo u rg o v e r n m e n t a n di d e a le q u i l i b r i u ms i t u a t i o na r ec a r d e do nb yf o u r - l a t e r a lg a m ea n a l y s i so f g o v e r n m e n t ，l o c a lg o v e r n m e n t , c o a l c o r p o r a t i o n a n dw o r k e r s t h e c o u n t e r - m e a s u r e sd e a n gw i t hc o a ls a f e t ys i t u a t i o nw e r ep r o p o s e db yf m d i n g w a y so fs h i f t i n gt h ee q u i l i b r i u ms i t u a t i o nt oi d e a lp o i n t k e y w o r d s ：c o l l i e r ys a f e t yp r o d u c t i o n ；m a c r o s c o p i cf a c t o r s ；m i c r o s c o p i cf a c t o r s ； s a f e t yp r o d u c t i o ne v a l u a t i o n ；f o u r - l a t e r a lg a m e ；c o u n t e rm e a s u r e s h 黑龙江科技学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得黑龙江 科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 研究生签名： 率咩日 型耳2 1 黑龙江科技学院学位论文使用授权声明 黑龙江科技学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期 内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权黑龙江科技学院研究生处 办理。 贼雌氢彳师签 研究生签名：羁勤h 努师签期：塑鱼兰7 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 1 论文选题的背景 第一章引言 在我国的一次能源构成中，煤炭历来占据主导地位。坚持“以煤为基 础、多元发展”，是解决我国能源问题的基本方略。发达国家的经验表明， 工业化的前期阶段，能源消费一般处于快速增长期。改革开放以来，我国 以能源翻一番支持了国内生产总值翻两番。按照目前的能源消费标准，到 2 0 2 0 年，要使国内生产总值在2 0 0 0 年的基础上再翻两番，将消耗4 0 亿吨 标准煤。考虑到节能因素，2 0 2 0 年我国篚源消费总量将高达3 0 - 3 2 亿吨标 准煤，其中原煤2 2 2 3 亿吨。2 0 0 3 年底全国生产矿井和在建矿井的产量为 1 6 7 亿吨( 其中有安全保障能力的产量为1 2 亿吨) 。通过改造挖潜，到2 0 1 0 年可达到1 8 7 亿吨，到2 0 2 0 年可维持在1 5 亿吨。有关机构分析，2 0 1 0 年 和2 0 2 0 年，我国的煤炭供需缺口分别为3 亿吨和8 亿吨。未来7 - 1 7 年内， 国内煤炭市场的总体趋势是供求紧张，煤炭工业面临新的发展机遇。但是 我国煤炭安全生产的形势却不容乐观，2 0 0 3 年全国煤矿发生伤亡事故4 1 4 3 起，死亡6 4 3 4 人。2 0 0 4 年全国煤矿共发生伤亡事故1 7 9 7 起，死亡2 6 6 8 人。其中，一次死亡3 - 9 人重大事故1 1 8 起，死亡5 2 1 人，一次死亡1 0 - 2 9 人特大事故1 6 起，死亡2 3 7 人【卜2 1 ，2 0 0 5 年共发生事故3 3 0 6 起，死亡5 9 3 8 人，百万吨死亡率为2 8 1 i 刈，近年来煤矿事故在全国工矿企业事故中所占 比例，一直在5 0 左右。我国煤矿百万吨死亡率是澳大利亚的2 9 9 倍，是 美国的1 0 0 倍，南非的3 0 倍，甚至也是印度的1 0 倍( 表1 1 列出了世界主 要产煤国家1 9 9 7 2 0 0 5 年煤矿事故死亡人数统计数据) 。煤矿安全直接影 响、决定着全国安全工作的大局。为满足未来国民经济对发展能源的需求， 保障一次性能源的稳定生产和充分供应，推动煤炭工业逐步走上一条安全 状况好、科技含量高、资源消耗低、环境污染少的新型工业化发展道路， 开展煤炭生产系统安全管理的研究十分必要，而煤矿安全生产评价模型和 对策的研究是其中的重要内容。 黑龙江科技学院硕士学位论文 表1 1 世界主要产煤国家1 9 9 7 - - 2 0 0 5 年煤矿事故死亡人数统计 1 2 国内外研究成果综述 1 2 1 国外的研究现状 在发达国家中，美国是较早开始进行有组织的安全管理的国家。自6 0 年代开始，美国发展了系统安全工程和系统安全管理，其主导思想是把事 故隐患消灭在产品设计、研制过程中。国外安全评价最早的方法是1 9 6 4 年 美国道化学公司的火灾爆炸指数法。在此方法推出之后，国内各行业研究 沿着“指数法”和“概率风险评价”两个方向开发了许多评价方法，主要 分为定性和定量两种【5 】。 1 ) 定性评价 特点：评价时与有关安全标准、安全检查表对比来判定系统危险程度。 又如根据同类或类似系统以往的事故经验指定危险性分类等级。比较有代 表性的定性评价应用实例是美国空军导弹研制的m i l - s t d ，8 8 2 a 标准。 2 ) 定量评价 特点：在危险性量化的基础上进行的评价，能够比较精确的描述系统 的危险性。比较有代表性的定量评价应用实例是： 1 9 7 2 1 9 7 5 年美国原子能委员会发表了核电站事故危险性评价的典型 报告。 1 9 7 6 1 9 7 8 年英国坎维岛石油化工业的安全运输危险性评价。 1 9 7 0 1 9 8 0 国外安全评价方法及对策的研究已经相对成熟且形成了许 多法律。例如；美国的( ( 1 9 7 7 年联邦矿山安全与健康法、1 9 7 0 年职业安 2 黑龙江科技学院硕士学位论文 全健康法等。9 0 年代之后，美国建立了职业安全管理体系( o h s m s ) 即 t s 0 1 8 0 0 0 管理体系。目前在国际标准化组织的统一规范下，世界各国企业 都在建立自己的o h s m s 。这一体系的推行，将促进和改善人类社会的职业 安全卫生状况和水平【“5 1 。 但是由于政治、经济、社会等诸多因素的限制，国外的一些方法理论， 我们只能作为借鉴而不能照搬照套。所以研究符合中国实际的煤矿安全生 产理论，提出相应的安全评价模型、方法和对策就显得相当必要。 1 2 2 国内的研究现状 我国对煤矿安全评价方法也进行了多方面的研究i 搏墙】，主要集中在： 一是采煤、掘进工作面采用安全检查表每班都进行现场检查，动态地反映 工作面的安全状况。由于该方法方便、实用、及时、有效，评价结果可直 接用于日常安全管理，使工作面始终处于良好的安全状态，确保工作面安 全生产，这一方法在许多矿区已推广应用；二是在矿井生产某项工作开展 。之前，预先评价生产过程的危险程度，以便安排事故预防措施，从而降低 生产中的危险性；三是对菜一时期的安全生产状况进行总体评价，根据评 价结果指导下一时期的安全管理工作；四是综合评价各矿某一时期安全生 产工作及安全管理水平的优劣，作为各矿选优评比工作的依据，并作为矿 务局等上级主管部门，以及安全管理部门和监督检查部门进行宏观安全管 理工作的参考依据；五是不同于上述煤矿安全生产过程安全评价的煤矿事 故评价，即对某一类对煤矿安全生产构成重大威胁的事故进行评价。 评价模型、方法方面较为有代表性的研究成果1 1 9 - 2 3 1 为：， 1 ) 定性评价 2 0 0 5 年1 月1 日实施的新煤矿安全规程。 2 ) 定量评价 秦书玉，煤矿安全数学分析与预测，北京：煤炭工业出版社。 对策研究方面较为有代表性的研究成果为： 1 ) 李孝东，我国煤矿安全状况宏观透析煤矿安全，2 0 0 3 。 2 ) 李海，谈影响煤矿安全的主要因素工程论坛，2 0 0 5 。 3 ) 周敏，煤炭企业安全生产监管效能的博弈分析，中国矿业大学学报， 2 0 0 6 。 分析国内研究的主要特点 评价方法方面主要是定性分析，在定量分析方面虽然取得了不少成果 3 黑龙江科技学院硕士学位论文 但是仍不完善。在定量分析及定性分析相结合方面仍有许多可研究的内容。 对策研究方面目标不具体，就安全谈安全，缺少新的思维角度。因此本论 文将研究内容主要定义为两方面： 1 ) 定量、定性分析相结合评价模型的开发与应用研究。 2 ) 寻找煤矿安全生产对策研究的新角度。 1 3 本论文研究的目的和意义 1 ) 通过评价模型的开发，为煤矿某一系统或总体安全状况的诊断，提 供可靠的评价结果。 2 ) 为煤矿安全生产对策研究提供一种可供选择的、有效的、新的思维 角度。 10 4 论文的总体框架 评价f 模型i 的开j 发与 1 应用l i 因素分析， 局部评价j i ) 煤炭企业一般科技水平评定 模型 l2 ) 煤层白燃危险程度判定 总体评价i1 ) 中国总体煤矿安全生产状况评价 模型 iz ) 鸡西矿业集团煤矿安全状况评价 1 国家、地方政府、煤炭企业、一线工人四方博弈分析 2 以提高四方理性程度为目的的对策研究 圈1 0 i 论文总体框架 1 5 本文创新之处 1 ) 全面综合地分析了影响煤矿安全生产的宏观和微观因素，并在此基 础上提出了包含宏观和微观因素的评价指标体系。 2 ) 针对评价指标体系中的一般科技水平评价问题，基于粒糙集一神经 网络方法开发了一般科技水平评定的专家系统。 4 黑龙江科技学院硕士学位论文 3 ) 对现今煤矿安全评价研究中的弱项煤层自燃程度测定，利用概率 神经网络开发了煤层自燃程度测定的神经网络系统。 4 ) 利用层次分析法和模糊综合评判方法结合本文提出的评价指标体 系，对中国总体煤矿安全生产状况和世晃上的几个国家进行了比较分析， 使我们更加清晰地了解了中国和世界平均水平的差距。对鸡西矿业集团的 安全生产状况进行了评判，为鸡西矿业集团安全生产敲响了警钟。 5 ) 提出了国家、地方政府、煤炭企业、一线工人四方博弈分析方法， 并围绕着如何使现实四方博弈的平衡局势趋近于理想平衡点问题，提出了 应对我国煤矿安全现状的对策。 1 6 本章小结 本章主要对论文选题的背景、国内外研究成果、论文的主要研究目的 和内容、及创新点作了简要介绍，从而指出了本研究的必要性及意义所在。 5 黑龙江科技学院硕士学位论文 第二章影响我国煤矿安全生产的宏观因素分析 2 1 法律法规 建国初期，我国煤炭工业法制建设基础薄弱，表现在很长一段时间里 整个煤炭行业没有一部专门的法律，国务院也未颁布过一个有关煤炭的行 政法规，多年来，只有个别省( 区) 人大发布过有关煤炭生产管理的地方 性法规，而大量的是国务院煤炭工业主管部门和省( 区) 、直辖市人民政府 煤炭行业主管部门发布的有关煤炭生产和管理的行政规章，包括规程、办 法、决定、指令等法律性文件，直到1 9 9 6 年中华人民共和国煤炭法的 颁布实施，才算形成了比较完整的煤炭工业的法律法规体系。 近几年，我国在煤炭法律法规方面也做了不少工作，多家政府机关制 定颁布了大量的安全生产规定、指令、通知、措施和办法，数量有七、八 十个之多，而且内容也很详细，对煤炭工业中的种种不法行为都进行了规 范和约束。但与此不成正比的是，这么多年来，这些法律法规并没有完全 杜绝或改善我国煤炭工业中所存在的问题，因此单从法律和法规方面来说， 这也反映出法规本身存在的一些问题。比如，包括原煤炭工业部、能源部 和农业部等多家行政机关都进行了煤炭安全规定和通知等行政文件的发 布，这容易使文件规定的内容不够统一和连贯，而且缺乏了统一规划的前 瞻性和长期性；另外没有明确规定行政监管机梅，这容易造成监管的不利 和接管的不顺；另终，我国在医疗、保险及劳动保障等方面的法律和规定 的不完善也是导致产生目前很多问题的因素。 2 2 行业宏观控制 在计划经济时代，我国长期实行的是“国家监察，行业管理，企业负 责，群众监督”的安全管理体制，但这一体制自国务院各部委体制改革后 国家煤炭工业局撤销了安全司，行业安全管理几乎不存在了，虽然省煤炭 工业局保留有安全监察局的机构，但无论从人员的配置还是抓工作的力度 上，都已经大不如前。国家经贸委虽然成立了安全生产局，但因其管理面 过大，各行各业的具体情况很难掌握，只能是宏观指导。所以，当前煤矿 安全方面的行业管理呈弱化趋势。两年政府机构改革中，许多省撤销了煤 炭管理部门，政府对煤炭工业的行业监管弱化，资源管理、技术政策、劳 动管理、综合利用等方面的监管都不到位。 6 黑龙江科技学院硕士学位论文 现在是市场经济，特别是受“有水快流”政策的影响，全国煤矿企业 开始走上“无序竞争”怪圈，一些地方煤矿与大矿争资源、争产量、争运 力的怪事比比皆是，以致造成国有企业经济下滑、亏损严重、设备闲置、 工人放假、生产不能正常组织的严峻局面。而一些乡镇、村办煤矿、个体 私营煤矿在地方保护主义以及地方官员结伙营私势力强劲的支持下，乱采 滥挖、越界越层开采、与大矿贯通，致使大矿漏风严重，设备丢失，为国 有企业的正规安全生产造成了重大不安全隐患。虽然国家经贸委在控制总 量上做了大量的工作，进行了关井压产，取缔私开私挖无证开采的小矿， 收到了较好的效果，但是有些地方上营私舞弊，再虚作假的现象仍屡禁不 止，特别是安全工作更无保障固。 2 3 安全监察环境 煤矿事故多发也有我国现阶段经济不发达、煤矿生产力水平不高和国 家政治经济体制还处于转型等现实原因。特别是我国目前还处在由人治向 法治转变的过程中，还没有完全进入法治社会。法制不健全，有法不依、 执法不严、违法难究等执法难现象在煤矿安全生产中还相当普遍i 埘1 。 1 ) 发生安全事故的许多煤矿本身就是非法矿和违法生产矿。2 0 0 5 年发 生“8 7 ”特大透水事故( 死亡1 2 3 人) 的广东兴宁市大兴煤矿是一个连采 矿许可证和营业执照都没有的非法矿。 2 ) 许多事故是在停产整顿过程中发生的。2 0 0 5 年停产整顿矿井违法违 规生产发生伤亡事故1 0 8 起，死亡4 3 5 人，其中，一次死亡l o 入以上事故 1 l 起，死亡2 7 1 人。 3 ) 国民的法治观念还没有完全进入法治范畴，一些非法煤矿的黑心矿 主根本没有法治观念，无视国家法律法规，无视矿工生命尊严。煤矿安全 监察人员查封井口，但煤矿安全监察人员一离开煤矿，煤矿就恢复生产， 或者白天关闭，夜晚生产，根本不进行整改。 4 ) 煤矿事故瞒报现象有增无减。企业如实向政府安全生产监管监察部 门提供事故真实情况，是国家有关法规规定的企业义务和责任。但是，在 一些地区，瞒报事故成了公开的秘密。 2 4 本章小结 本章主要从宏观方面分析了影响煤矿安全生产的几个重要因素：法律 法规、行业宏观控制、安全监察环境。 黑龙江科技学院硕士学位论文 第三章影响我国煤矿安全生产的微观因素分析 3 1 安全投入对煤矿安全生产的影响 从理论上讲，我国煤炭资源的赋存条件比世界上其他主要产煤国要差， 埋藏深，煤层稳定性相对差，地质构造复杂，水、火、瓦斯、煤尘、顶板 等自然灾害因素都比其他国家煤矿多。所以，我国煤矿的安全生产投入理 应比世界上其他主要产煤国要高。但是，在过去“急功近利”价值观指导 下，煤炭生产企业扭曲了煤矿安全生产成本。该做的巷道不做，该更换的 设备不更换，该抽放的瓦斯不抽放，该培彭l 的不培训。2 年我国煤矿中004 不具备基本安全生产条件的煤矿能力替代、需要使安全生产条件达到标准 和需要技术改造等煤矿安全欠账合计达1 5 0 0 亿元。截止到2 0 0 5 年下半年， 全国仅国有煤矿的安全欠账就在5 0 0 亿元以上，2 0 0 4 年全国煤炭产量约1 9 5 亿吨，其中有安全保障能力的1 2 亿吨，还有7 5 亿吨的安全保障能力不足。 全国大约有1 3 的煤矿安全设备要淘汰。据山西省有关部门的统计，截至到 2 0 0 4 年，山西省全省煤矿安全欠账达1 3 8 亿，2 0 0 4 年山西省煤矿中，未按 煤矿安全规程规定实行壁式开采的约占7 0 ，未能实现双回路供电的约占 8 5 。近1 4 年来，全国3 万吨以上矿井的建设投资平均每年只有1 2 7 亿元， 仅相当于2 0 0 4 年一年电力投资的2 6 0 1 2 s 。许多高瓦斯区的煤矿在设计、 建设时，就没有考虑瓦斯等灾害的影响，瓦斯抽采往往靠补套工程来完成。 目前，全国约有三分之一的国有煤矿存在不同程度的采掘失调和水平接续 紧张问题，主要生产设备老化、超期服役，因深部开采带来的瓦斯威胁更 加严重。三大类煤矿中，国有重点煤矿、国有地方煤矿和乡镇煤矿都有不 。 同程度的安全欠账，其中，国有地方煤矿和乡镇煤矿的安全欠账是国有重 点煤矿的数倍【驯。 3 2 制约我国煤矿安全生产的安全技术问题 煤炭安全生产技术是揭示井下各种自然灾害的发生机理和发展变化规 律，用于防治各种自然灾害的理论方法和应用技术。表3 1 表明了我国煤矿 死亡事故分类情况，同时也揭示了煤矿安全生产技术对煤矿事故的重要程 度。近年来，我国在瓦斯赋存预测、瓦斯抽放技术、煤岩动力灾害( 煤与 瓦颠突出和冲击矿压) 预测等方面取得了新的进展，但还存在许多亟待解 决的重大技术问题1 3 0 “j ，主要表现在： 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 ) 对煤与瓦斯突出的发生机理等基础理论研究不够。在我国，煤炭开 采属高危行业，为了预防煤矿事故的发生，前些年我国煤矿安全技术的研 究工作主要集中在事故灾害防治措施方面，对诸如矿井瓦斯赋存、运移规 律及煤与瓦斯突出发生机理认识不深，对煤与瓦斯突出等灾害仍停留在“假 说”阶段，对冲击地压规律研究不够，导致灾害事故的防治技术措施单一， 综合配套能力差和适应性差等。 ，2 ) 煤矿矿井瓦斯抽放率相对较低。据统计，我国目前的瓦斯抽放率仅 为2 3 。我国高瓦斯突出煤层构造软、透气性低，煤层瓦斯抽放难度大， 直接威胁着煤矿安全生产。 3 ) 资源勘查、探测技术落后。受我国煤层赋存条件的影响，我国煤炭 资源勘探程度较低，往往导致区域预测结果精度不能满足矿井生产实际要 求，不能直接指导采掘作业。据统计，我国煤炭资源中精查资源量占2 5 ， 详查资源量占1 7 ，绝大部分为地质工作程度极低的普查找煤资源量。由 于探测技术落后，对深部煤层赋存的瓦斯地质条件、水文地质情况和各种 地质构造的特征掌握不清，导致大量安全技术，特别是瓦斯灾害防治技术 无法直接应用或者适应性差等，煤炭资源无法安全开采。 表3 1 我国煤矿死亡事故分类情况 3 3 制约我国煤矿安全生产的一般性技术装备问题 一般性技术装备指的是煤矿生产中除了安全防护技术和装备外，各生 黑龙江科技学院硕士学位论文 产环节中用到的生产技术和设备。我国煤矿9 5 以上为地下开采，自然灾 害十分严重。煤矿生产装备是煤矿最基本的生产力要素，安全装备是防治 煤矿事故的重要手段，但目前仍有许多装备存在适应性不强、可靠性差的 问题。据统计，2 0 0 4 年我国煤矿机械化程度平均仅为4 2 ，其中国有重点 煤矿采煤机械化仅为8 1 5 ，掘进综合机械化仅为1 5 0 3 ，国有地方煤矿 和乡镇煤矿机械化程度更低。表3 2 为我国煤炭行业的机械化程度与几个国 家的对比情况。 表3 2 我国煤炭行业的机械化程度 3 4 从业人员素质较差 1 ) 技术人才匮乏，流失严重 众说周知，矿山的开发和利用，专业技术人员是必不可少的。确定煤 层层位、煤层厚度、煤层层数、煤产生的地质年代、煤种、煤质等需要地 质方面的专业技术人员；了解地质构造、地层岩性，从而确定布井开采方 法及巷道安全处理方案等需要工程技术人员；井下瓦斯浓度及地下水位监 测、电力供应、机器运行等需要测量和机电技术人员。然而，事实情况却 是相当一部分小型煤矿都是矿长独揽一切，且不说矿长专业技能高低、全 面与否，仅就其精力而言，就存在极大的疑点。 据统计，2 0 0 0 年石油行业在岗职工平均工资1 5 7 8 7 元，比国有重点煤 炭企业同期在岗职工平均工资8 1 9 5 元高出9 3 ；电力行业在岗职工平均工 资1 2 9 5 1 元，比煤炭行业高出5 8 。2 0 0 2 年原国有重点煤矿在岗职工平均 收入1 1 4 2 元，低于全国平均水平1 4 2 7 元，部分国有煤矿年人均收入低于 6 0 0 0 元，2 0 0 4 年4 月国有重点煤矿累计拖欠在岗职工工资2 9 亿多元，拖 1 0 黑龙江科技学院硕士学位论文 欠下岗职工生活费1 亿多元。工资都发不下来，更不要说保证安全培训投 入了。目前国有煤矿职工人均住房面积只有8 平方米左右，仅相当于2 0 0 2 年全国城镇人均居住面积2 2 8 平方米的3 5 1 3 2 1 ，如此的待遇怎么能留得住 人才，尤其是高层次人才。 一 2 ) 从业人员素质低下 美国2 0 世纪7 0 年代前后的事故调查报告显示，8 5 的事故是因为工作 人员的“不安全行为”所致 7 1 。可见职工素质在煤矿安全生产中的重要性。 由于煤矿生产环境恶劣，生产条件极其艰苦，危险性大，招工困难。近几 年随着用工制度的改革，农民协议工、轮换工、临时工已占到采掘一线职 工总数的8 0 以上。大量使用农民协议工、轮换工、临时工，形成职工队 伍不稳定，文化层次参差不齐，安全素质较为低下的局面，尤其合同工、 农民协议工、临时工、农民轮换工大多是从农民中直接招收而来，对煤矿 生产缺乏必要的知识和了解。职工素质低，导致自我保安能力差，经营者 素质低，致使个别矿主无视国家法律，为牟取暴利铤而走险。 3 5 工作环境对煤矿安全生产的影响 煤矿工作环境差，地质条件复杂。我国煤矿9 5 是地下开采，受自然 条件限制，作业环境狭窄、黑暗、高温、高湿，又存在强噪音、粉尘、有 毒有害气体等较多的污染性因素。矿工常年工作在这种条件十分艰苦的环 境中，劳动强度大，而且工作场所经常变迁，容易发生事故。 1 ) 工作面空间狭小，尤其是薄煤层炮采工作面，工人在放炮进入工作 面工作时，入只能卷曲在有限的空间内进行工作，对安全隐患的观察，处 理及避灾都带来了严重的影响。 2 ) 采掘工作面现场条件随着不断地推进和延伸，亦随之发生变化，尤 其是顶、底板岩性结构变化后，支护参数改变不及时等带来很多潜伏着的 不安全因素。 3 ) 煤矿井下生产人员集中，一百多米长的采煤工作面和一个断面5 平 方米左右的掘进头，聚集着十几、二十几人，难以预见不安全因素较多， 出现事故概率较大。 4 ) 工作地点变换时，容易发生事故。原因是自然环境包括温度、湿度、 照明、噪音、空间等发生变换时，人对新的环境需要一个重新认知、适应 的过程，从心理上、行动上需要进行调整。这一过程容易导致人的注意力 分散，判断失误，因此事故有可能发生。 黑龙江科技学院硕士学位论文 5 ) 不能正确处理质量与安全的关系，重生产，轻质量，工程质量低劣。 比如采煤工作面为赶任务，图省事、怕麻烦，放炮打倒柱子不及时扶起， 临时支护不及时；掘进工前探梁使用不正常，锚杆角度、密度、深度不够， 这些都潜在着极大不安全隐患，一旦顶板受力失去平衡，就会促使事故发 生。 3 6 本章小结 本章主要在微观层次分析了安全投入、安全技术、安全设备、从业人 员素质、工作环境等方面对煤矿安全生产的影响。 黑龙江科技学院硕士学位论文 第四章煤矿安全生产评价指标体系设计 设计评价指标体系的根本目的为了进行安全评价，通过对煤矿安全生 产综合评价，确定被评价煤矿的安全可靠性和事故发生机率的大小，找出 安全工作的重要及主攻方向，提出相应的对策、措施，以此来规范和制约 不安全行为。通过安全评价，把生产过程中的不安全因素和隐患消灭在萌 芽阶段，把过去的以处理事故的被动监测转变为以消除隐患为主的主动监 测。近年来，发达国家一直以“关注发展中国家人权状况”为口号，反复 提出“劳工标准”问题，即把安全生产与国际贸易挂钩，他们认为在w t o 的文件中应明确规定，当进口国家发现其进口产品是没有到国际公认劳工 标准的企业所生产时，有权对该产品征收高额关税或限制其进口。我们己 经加入世贸组织，我们必须努力改善煤矿安全生产状况，使我国煤炭生产 顺利进入国际市场。必须清醒地认识到，加入世贸组织是对我国安全管理 工作的严峻挑战，原因是我们在安全管理方面还有很大差距。开展煤矿安 全生产评价，是我国煤炭生产必须开展的一项工作，是我国安全管理工作 和国际接轨的一个重要途径，也是煤炭行业安全管理必须解决的一个关键 问题。 4 1 传统的煤矿安全生产评价指标体系 一 传统的煤矿安全生产评价指标体系如m 4 - i 所示【3 3 l ，这种评价指标的特 点是就事论事、就事故论事故，严格得来讲是煤矿局部安全生产评价体系， 其评价具有很高的片面性，只能反映局部系统的状态，不能反映整体煤矿 安全生产的状况。但是煤矿局部安全生产评价对单事故评价预测来说有着 不可替代的作用，本文第五部分煤层自燃危险程度判定的概率神经网络方 法研究的就是煤矿局部安全生产评价问题。 4 2 本文提出的煤矿安全生产评价指标体系 本章结合第二、三部分的分析，从宏观和微观两个方面建立了煤矿安 全生产评价指标体系，将宏观因素中的法律法规制度、行政管理体系、监 管力度纳入到评价指标体系之中，微观层次上将一般科技水平、安全技术、 安全投入、环境适应性纳入到评价指标体系之中，详细层次结构如图4 2 所 示。图4 2 中环境适应性主要指地质条件和安全用具和设备的环境适用性等； 安全技术主要指瓦斯煤尘防治技术、顶板监控技术、水火探测技术和 黑龙江科技学院硕士学位论文 图4 1 传统的煤矿安全评价指标体系 图4 2 煤矿安全生产评价指标体系 救护能力等方面；安全投入主要指企业的设备投入、安全防护、通风能力、 个体防护投入等；一般科技水平包括：人员素质平均水平、采煤机械化水 平、掘进机械化水平、百万吨回采工作面个数、万吨掘进率、采掘设备开 机率、现代化管理应用率等指标。可以看出图4 2 涉及的指标基本涵盖了因 素分析的全部内容，具有很高的概括性和全面性。 1 4 黑龙江科技学院硕士学位论文 4 3 本章小结 本章主要从宏观和微观因素两个方面建立了煤矿安全生产的评价指标 体系，该指标体系基本涵盖了因素分析的全部内容，具有很高的概括性。 黑龙江科技学院硕士学位论文 第五章煤矿安全生产评价模型的开发 系统评价方法有多种形式，但它们的效果都有一定的局限性。系统评 价方法总的说可以分为两类，一类是定量分析评价，大都在确定性问题的 评价中应用；另一类是定性与定量分析相结合的分析评价，该方法目前应 用较为广泛。因为凡是具有不确定性因素或者模糊性因素，以及需要以专 家知识作为判断基础的问题，单纯用定量方法是难以奏效的，因此，一般 都要利用专家知识做出基础评价，然后再通过某些定量方法进行分析和综 和。 5 1 煤矿局部系统安全评价模型开发 5 1 1 煤炭企业一般科技水平评定的神经网络专家系统 一般科技水平涵盖了微观因素分析中的一般性技术、设备水平、从业 人员素质的内容，通过第三章的分析可以看出，一般科技水平的提高对以 劳动密集型为主的煤炭开采工作来说意义相当重大，一般科技水平评价结 果是煤炭企业现有科技水平状况的诊断，为今后的科技水平的提高提供科 学合理的指导依据。 5 1 1 1 评价指标的选取 为建立合理的煤炭企业科技水平评价指标体系，根据煤炭企业自身的 特点及建立评价指标体系时系统性、可比性、可测性等原则，参考相关文 献f 3 4 - 3 5 选取人员素质平均水平、采煤机械化水平( ) 、掘进机械化水平 ( ) 、百万吨回采工作面个数、万吨掘进率( 米万t ) 、采掘设备开机率( ) 、 现代化管理应用率( ) 7 项指标作为评价依据，分别用s 1s ，& 表示。 各指标计算公式为： 人员素质。兰：( 壅箜璺篁里里型垫垦鲞旦! 墨塑三鲞星 7 ( 5 1 ) 采煤机械化水平( ) = o 6 综采机械化程度+ 0 4 普采机械化程度 掘进机械化水平( ) - - - 0 7 掘进装载程度+ o 3 综掘程度 ：一+ 。，。；。 回采工作面个数 百万吨回采工作面个数2 孬藿蒿孚连 荨言舅瓷f ( 5 2 ) ( 5 3 ) ( 5 4 ) 黑龙江科技学院硕士学位论文 万吨掘粹( 米万t ) = 瓣删升| 年广里 采掘设备开机率c ，= 至柔磊蓑差罟善勰 现代化管理应用塞：薹翌垡垡篁里壁旦塾。 z 基层单位数 ( 5 5 ) ( 5 6 ) ( 5 7 ) 5 1 1 2 知识表示模糊集理论 。 模糊集理论最早于1 9 6 5 年由z a d e h 教授提出p q ，模糊集顾名思义就是 没有明确边界的集合。也就是说，从“属于某个集合”到“不属于某个集 合”，这个转变是渐变的。与古典集合不同的是，在模糊集中表示的是某个 元素属于某个集合的程度。模糊集的特征函数允许取0 和1 之间的值，代 表给定集合中元素的隶属度。如果盖是对象( 一般用x 表示) 的集合，那 么x 中的模糊集a 可以定义为一组如下的有序对： a 一 o ，u o ) k 工) ( 5 8 ) 其中，儿g ) 称作模糊集爿的隶属函数。隶属函数将x 中的每个元素映 射到0 和1 之间的隶属级或者叫做隶属值。如果隶属函数乒。o ) 的值限定在 0 或1 ，那么4 就简化为普通的集合，而心( 力就是a 的特征函数。 1 ) 决策属性( 隶属度) 的判定 根据专家意见将煤炭企业科技水平分为4 个等级：差、一一般、中等、 良好，分别用叠，d 4 表示。 邀请多位专家对搜集的企业数据进行隶属度评定，取平均值。 根据模糊模式识别的最大隶属度原则确定企业科技水平等级。 2 ) 条件属性的模糊化处理 对数据根据专家意见确定每一属性合理的上限值m a x 岱) 和下限值 m i n p ) ，各项指标值转化方法为：( 以墨属性数据转化为例) 舭缸一面d a 瓦t a - f m i n 丽( s 而, ) ( 5 9 ) 砌x0 s 3 一m l n0 s ) 其d a t a 代表转化前数据，n e w d a t a 代表转化后数据。 取m a x 瓴) m a x ( 岛) 分别为：9 ；1 0 0 ；1 0 0 , 1 0 ；1 8 0 ：7 0 ；1 0 0 取膨w ( s ) m i n ( s 7 ) 分别为：3 ；o ；o ：o ；5 0 ；1 0 ：0 1 7 黑龙江科技学院硕士学位论文 其中最、是为负相关性指标，为了将其转化为正相关性指标，进行如 下处理： - 1 一& 一1 一& ( 5 1 0 ) 表5 1 和表5 2 分别给出了原始数据与经模糊化处理后的输入数据。 5 1 1 3 知识的预处理 一 1 9 8 2 年，z p a w l a k 发表了经典论文r o u g hs e t s 3 7 1 ，宣告了粗糙集理论的 诞生。此后，粗糙集理论引起了许多数学家、逻辑学家和计算机研究人员 的兴趣，他们在粗糙集的理论和应用方面作了大量的研究工作。目前，租 糙集已成为人工智能领域中一个较新的学术热点，在机器学习，知识获取， 决策分析，过程控制等许多领域得到了广泛的应用 3 7 - 4 0 。 粗糙集可用于人工神经网络训练样本集化简，人工神经网络具有并行 处理，高度容错和泛化能力强的特点，适合应用在预测，复杂对象建模和 控制等场合。但是当神经网络规模较大，样本较多时，训练时间过于漫长， 这个固有缺点是制约神经网络进一步实用化的一个主要因素。虽然各种提 高训练速度的算法不断出现，问题远未彻底解决。化简训练样本集，消除 冗余数据是另一条提高训练速度的途径。文 1 8 l i e 是沿着这条思路，应用粗 糙集化简神经网络训练样本数据集，在保留重要信息的前提下消除了多余 ( s u p e r f l u o u s ) 的数据。 本文采用等距苜法对表5 1 中数据进行离散化处理， s t e p - ( 州r m i n ) 4im a x 表示每一列的最大值，m i n 表示每一列的 最小值，把每一列的属性值分为4 个等级：高( m i n + 4 x s t e p , m a x ) 用3 表 示中( m i n + s t e p , m i n + 3 s t e p )用2 表示 ，一般 ( r a n + s t e p ，m i n + 2 x s t e p ) 用1 表示，低( m n v 。m i n + s t e p ) 用0 表示，原 始训练数据的粗糙集表如表5 3 所示。 属性检查：根据区分矩阵与区分函数法【4 1 】知：决策表属性集r 的核为 & ，s 2 ；s 3 ，s 4 ，s ，s 6 ，岛 ，无可约简的属性，即无属性冗余出现。决策表属 性集d 的核为 d l ，d e ，d 3 ，见) ，也无可约简的属性。进行知识约筒发现第2 和第3 组数据以及第1 6 和第1 7 组数据的粗糙集表值相同，这说明原始训 练样本有冗余知识出现，删除第2 组和第1 7 组数据，用剩余的1 5 组数据 作为训练样本。 黑龙江科技学院硕士学位论文 5 1 1 4 知识获取 专家系统是具有大量专门知识，并能运用这些知识解决特定领域中实 际问题的计算机程序系统。也就是说，专家系统是利用大量的专家知识， 运用知识推理的方法来解决各特定领域中的实际问题。但是目前，专家系 统的技术仍处于不断发展完善的阶段，从近几年的研究成果看，专家系统 用中存在着许多缺陷【4 2 l 。 1 ) 知识获取的“瓶颈”：通常专家系统的知识获取主要依靠移植，由 知识工程师将专家的知识移植到计算机中，它是间接的，不但枯燥费时， 而且效率低。这就是目前专家系统设计、开发中的“瓶颈”问题。 2 ) 知识“窄台阶”：目前，一般的专家系统只是在相当窄的专业领域 内求解专门性的问题，对于相近领域的边缘性问题，求解能力差，对特定 领域则是一无所知，存在所谓的“窄台阶”问题。 3 ) 系统层次少：现有专家系统大多是结构简单、缺乏层次，所以只能 用在专门场合，求解较为简单的问题，而对诸如社会系统、生命系统、生 态系统等大系统则无能为力。 4 ) 缺乏联想功能，推理能力弱：由于推理方法简单，控制策略不灵活， 所以容易出现“匹配冲突”、“组合爆炸”及“无穷递推”等问题，推理速 度慢、效率低，一些对人类极简单的问题，专家系统推理起来却很难。 5 ) 智能水平太低，谈不上创造性的知识：传统专家系统的知识是一一 对应的，目前的专家系统一般还不具有自学习的能力和联想记忆的功能， 系统的功能取决于设计者的知识和能力，它的本领也只是输入知识的总和。 6 ) 实用性差：现有的许多专家系统都在“离线”与“非实时”条件下 工作，系统的可靠性、一致性、快速性、鲁棒性、实时性往往难以适应“在 线实时”的要求。 由于上述原因，使得传统专家系统所取得的成就与人们预期的目标相 差甚远，人们研究神经网络的过程中发现利用神经网络可以实现专