（矿业工程专业论文）基于未确知测度原理的济三煤矿安全评价方法及应用研究.pdf

论文题目：基于未确知测度原理的济三煤矿安全评价方法及应用研究 专业：矿业工程 硕士生：李大鹏 指导教师：李树刚 邓军 王学军 睦名 f 签名 ( 签名) 筮二至 ( 签名城兰卜 摘要 煤矿生产系统是一个复杂的多因素、多变量、多层次的人一机一环境系统，对其进行 安全评价涉及诸多不确定信息。本文在分析随机信息、模糊信息、灰色信息和未确知信 息优缺点基础之上，应用未确知数学理论，将未确知信息和未确知测度评价方法引入煤 矿企业的安全评价，基于现场实践经验，提出了煤矿安全综合评价的一种新思路，即将 未确知测度和盲数均值理论与安全检查表相结合，对矿井安全水平进行综合评价，得出 矿井的安全等级。应用未确知测度评价方法进行综合评价时，最重要的是评价因素体系 的建立和各因素权重的确定。依据事故理论的综合观点，建立了多层次的煤矿安全评价 因素体系，并采用了改进型的层次分析法( a h p ) 确定评价因素权重，使权重的赋值更 加科学、合理，较好的反映了各因素对矿井安全现状的重要程度。建立了矿井安全综合 评价的未确知测度数学模型，划分了安全因素的安全等级，并在专家可信度的基础上研 究了不确定性结论合成的m a m b 方法。最后，将所研究的未确知测度评价方法应用于 济三煤矿，得出该矿井的安全等级。应用实例表明：未确知测度综合评价方法可操作性 强、效果较好，可以在一般工业企业的安全评价中广泛应用。 关键词：安全评价；未确知测度；层次分析法；安全等级 研究类型：应用研究 s u b j e c t：a p p l i c a t i o nr e s e a r c ha b o u tu n a s c e r t a i n e dm a t h e m a t i c si n c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fm i n es a f e t y s p e c i a l t y ：m i n i n ge n g i n e e r i n g n a m e ：l i d a p e n g i n s t r u c t o r ：l is h u g a n g d e n g j u n w a n gx u e j u n a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) 坦竺幽 ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) t h ep r o d u c t i o ns y s t e mi nc o a lm i n ei sac o m p l i c a t e dh u m a n 。m a c h i n e e n v i r o n m e n to n e w i t l lm u l t i f a c t o r , m u l t i v a r i a b l e ，a n dm u l t i l e v e l t h e r e f o r e ，i t ss a f e t ye v a l u a t i o ni n v o l v e sa l o to fu n c e r t a i ni n f o r m a t i o n o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa b o u tt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s o fr a n d o mi n f o r m a t i o n ，f u z z yi n f o r m a t i o n ，g r e yi n f o r m a t i o na n du n a s c e r t a i n e di n f o r m a t i o n ， t h i sp a p e ru t i l i z e su n a s c e r t a i n e dm a t h e m a t i c st h e o r ya n da p p l i e su n a s c e r t a i n e di n f o r m a t i o n a n dm e a s u r ee v a l u a t i o ni n t ot h es a f e t ye v a l u a t i o ni nc o a lm i n e a l s o ，a c c o r d i n gt op r a c t i c a l e x p e r i e n c eo nt h es c e n e ，t h i sp a p e rd r a w su pan e wv i e wa b o u ts a f e t yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni nc o a lm i n e ，n a m e l y , i tc o m b i n e su n a s c e r t a i n e dm e a s u r ew i t ht h et h e o r yo fe v e n v a l u eo fb l i n dn u m b e r b e s i d e s ，t h es a f e t yd e g r e eo fm i n ei sd e t e r m i n e db ya n a l y z i n g c o m p r e h e n s i v e l ym i n es a f e t yl e v e l d u r i n gt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i su t i l i z i n gm e t h o do f u n a s c e r t a i n e dm e a s u r ee v a l u a t i o n ，t h em o s ti m p o r t a n tt h i n g sa r et h ee s t a b l i s h m e n to f e v a l u a t i o ne l e m e n ts y s t e ma n db a l a n c eo fv a r i o u se l e m e n t s a c c o r d i n gt oc o m p r e h e n s i v e v i e w so fa c c i d e n tt h e o r y ，t h i sp a p e rs e t su pm u l t i l e v e le v a l u a t i o ne l e m e n ts y s t e ma b o u tm i n e s a f e t ya n du t i l i z e si m p r o v e da h p t od e t e r m i n et h ew e i g h to fe v a l u a t i o ne l e m e n t ，w h i c h m a k e st h ew e i g h tm o r es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ea n db e t t e rr e f l e c t st h ei m p o r t a n c eo fv a r i o u s e l e m e n t si nm i n es a f e t y w h a t sm o r e ，t h eu n a s c e r t a i n e dm e a s u r em o d e lo fc o m p r e h e n s i v e s a f e t ye v a l u a t i o ni nc o a lm i n ei se s t a b l i s h e da n ds a f e t ye l e m e n t sa r ed e g r a d e d o nt h eb a s i so f e x p e r tc r e d i b i l i t y , t h i sp a p e rs t u d i e sm a m bm e t h o dc o m p o u n d e db yu n c e r t a i n t yc o n c l u s i o n f i n a l l y , t h i sp a p e ra p p l i e se v a l u a t i o nm e t h o do fu n a s c e r t a i n e dm e a s u r ei n t os h u a n g l o n gm i n e i n h u a n g l i n ga n dp o i n t s o u ti t s s a f e t yg r a d e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n c a s e s p r o v et h a t i i 鼬 绻i | c 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 do f u n a s c e r t a i n e dm e a s u i ei se a s yt oo p e r a t ea n dh a sb e t t e r e f l e e t h e n c e ，i tc a r lb ea p p l i e dw i d e l y i nt h es a f e t ye v a l u a t i o no fo r d i n a r yi n d u s t r i a l e n t e r p r i s e s k e y w o r d s ：s a f e t ye v a l u a t i o n u n a s c e r t a i n e dm e a s u r e a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp m o 。8 8 s a f e t yg r a d e t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 1 绪论 1 绪论 我国是矿业大国，已探明煤炭储量8 0 0 0 多亿t ，在一次能源消耗构成的比例达7 5 ， 预计到2 0 1 0 年，我国的煤炭需求量达1 8 亿t ，而且对煤炭的需求增长将持续到本世纪 中叶”1 。建国以来，煤炭行业经过了5 0 多年的建设，安全状况虽然有较大的改善，但井 下伤亡事故仍较严重，重大恶性事故时有发生，因工伤亡人数占我国整个工业部门的 8 5 左右，是我国煤炭工业发展的“瓶颈”问题，特别是自二十世纪9 0 年代以来，煤矿重 大事故呈上升势头，原来安全状况相对较好的国有煤矿，特别是国有重大煤矿的事故率 也明显增加；1 9 9 3 年上半年，国有重点煤矿死亡人数和百万吨死亡率分别上升3 3 和 1 1 1 ，单一次死亡1 0 人以上的事故就有7 起，到1 9 9 8 年底，全国矿山企业事故1 5 3 7 2 起，死亡1 4 6 6 0 人，重伤5 6 2 3 人，轻伤2 2 3 2 人，其中煤炭企业职工伤亡人数占矿山事 故的5 0 左右【2 3 】。因而必须采取科学、系统、完善的措施改变我国煤矿安全落后的面 貌，在坚持“安全第一，预防为主”生产方针的前提下，建立和完善安全法规体系和适应 市场经济条件的安全管理新体制，加强安全管理。安全评价是安全管理中的关键技术， 加强安全评价技术及其方法的研究，既是历史发展的必然趋势，又是解决目前煤炭工业 安全问题的迫切要求。 1 1 安全评价 安全评价( s a f e t ya s s e s s m e n t ) 也称为危险评价或风险评价( r i s ka s s e s s m e n t ) ，是 按照科学的程序和方法，对系统中的危险因素、发生事故的可能性及损失与伤害程度进 行调查与分析论证，从而为评估系统总体的安全性以及为制定基本预防和防护措施提供 科学的依据一j 。 安全评价可以用在计划、设计、建设、生产等各个阶段，对系统存在的危险要进行 充分的定性、定量分析，并作出综合评价，以便针对存在的问题，根据当前科学技术水 平和经济条件，提出有效的安全措施，消除危险或将危险降低到最低程度。 一般说来，安全评价的目的有四点： ( 1 ) 系统的从计划、设计、制造、运行等全过程中考虑安全技术和安全管理问题， 找出生产过程中固有的或潜在的危险因素。 ( 2 ) 对事故进行定性、定量预测，得出系统的最优方案； ( 3 ) 促进实现安全管理系统化，形成教育训练、日常检查、操作维修等完整体系； ( 4 ) 实现安全技术与安全管理的标准化和科学化。 安全评价的现实意义： 我国的市场经济正在逐步完善，为了能使企业取得更大的经济效益，保障人民的生 西安科技大学x - 程硕士学位论文 命财产安全，在国民经济建设和科研工作中，就应通过安全评价，增加防范措簏，提高 企业对灾害事故的应变能力，提高其安全性，尽量减少发生事故特别是重大恶性事故， 因此，安全评价更是具有非常重要的现实意义。 安全评价的主要特点： ( 1 ) 安全评价不仅考虑到系统内的危险物质、危险结构而且也应考虑到系统的安 全防护设施及其问的相互作用关系状态。 ( 2 ) 安全评价并非完全根据有关的规程、标准来制约技术和工程，而主要是根据 客观被评价对象的存在状态、结构关系、灾变机理，灾害物质的物化特性等评价系统对 人类可能的危害。 ( 3 ) 安全评价的结果中含有人类的认识水平和接受能力，是对系统整体运行状态 的综合评价。 ( 4 ) 安全评价的目的是为了正确掌握系统的安全状态水平，了解系统安全运行的 薄弱环节，改进系统的安全水平，降低系统对人类的威胁程度。 安全评价的内容丰富，每个具体的评价有所差异，但其总体模式如图1 1 所示。 安全评价 危险性辨识 危险性校核 观察： 危险性变化 新得危险 危险性定量 计算： 事故发生概 率、风险率 危险性排除 采取措施 减小危险 排除危险 危险性评价 安全指标 给定： 社会上公认的 安全指标 图1 1 安全评价内容 从目前应用情况看，安全评价有以下五种分类方法： ( 1 ) 按评价对象系统的阶段，分为事先评价( 又叫预评价) 、中间评价、事后评价 以及跟踪评价。 ( 2 ) 按评价性质，分为系统固有危险性评价、系统安全管理状况评价和系统现实 危险性评价。 ( 3 ) 按评价内容，分为设计评价、安全管理评价、生产设备安全可靠性评价、行 为安全性评价和重大危险因素危险性评价。 2 l 绪论 ( 4 ) 按评价对象，分为劳动安全评价与劳动卫生评价。 ( 5 ) 按评价方法的特征，可分为定性评价、定量评价与综合评价。 1 2 国内外安全评价发展现状 1 2 1 国外的安全评价技术发展现状 安全评价( s a f e t ya s s e s s m e n t ) ( y 称风险评价，斑s ka s s e s s m e n t 、危险评价) 在2 0 世纪 3 0 年代最初出现于美国的保险行业1 6 7 】。人类自产业革命以来，特别是第二次世界大战 后，工业化过程加快，工业生产系统日趋大型化和复杂化，尤其是化学工业，在生产规 模和产品种类迅速发展的同时，生产过程中的火灾、爆炸、有毒有害气体泄漏和扩散等 重大事故不断发生，推动了对企业、装置、设施和环境等安全评价工作的开展。 2 0 世纪6 0 年代开始了全面、系统地研究企业、装置和设施的安全评价原理和方法 的历史阶段【6 】。1 9 6 4 年美国道( d o w s 1 化学公司开创了化工生产危险度量安全评价的历 史，该公司根据化工企业使用的原料的物理、化学性质、生产中的特殊危险性，考虑到 具体工艺处理过程中的一般性和特殊性之间的差别以及物量等因素的影响，以火灾、爆 炸指数形式定量地评价化工生产系统的危险程度，形成了经典的道火灾爆炸指数评价方 、法【8 1 。以后，又分别于1 9 6 6 、1 9 7 2 、1 9 7 6 、1 9 8 0 年发表了第2 、3 、4 、5 版，1 9 8 7 年发 表了第6 版 9 1 。1 9 9 4 年发表了第7 版 t o ，逐步使这种方法得以完善。道化学公司的火灾 爆炸指数法在世界推出后，各国积极研究和开发，推动了该项技术的迅速发展，并在此 基础上提出了一些独具特色的评价方法。如英国帝国( i c i ) 化学公司蒙德( m o n d ) 分公司 根据化学工业的特点，于1 9 7 6 年提出了m o n d 公司火灾、爆炸、毒性指数评价方法。 日本国劳动省参照道火灾爆炸指数评价法、蒙德指数评价法的思想，也在1 9 7 6 年开发 出了“化学工厂六步骤安全评价法”，在分析阶段引入了系统工程的有关技术，使内容比 以前的方法更全面、更系统1 1 1 】。前苏联也提出了化工过程危险性评价法【】”。上述方法 均为指数法，仍然遵循了道化学公司以及系统内危险和危险能量为评价对象的原则，在 评价原理上无质的变化，这些方法仍然在不断的发展和完善之中。 随着航天、航空和核工业等技术迅速发展，2 0 世纪6 0 年代后期，以概率风险评价 ( p r a ) 为代表的系统安全评价技术得到了研究和开发。英国在2 0 世纪6 0 年代中期建立 了故障数据库和可靠性服务咨询机构对企业开展概率风险评价工作。1 9 7 4 年美国原予能 委员会( a e c ) 完成了商用核电站危险状况的全面评价，并于1 9 7 5 年由麻省理工学院n 。 r a s m u s s e n 领导的研究小组发表了( w a s h1 4 0 0 ：反应堆安全研究( w a s h1 4 0 0 ：t h er e a c t o r s a f e t ys t u d y ) ，在科技界和工程界引起了震动。1 9 7 6 年，英国生产安全管理局( h a s ) 对 c a n v e y 岛以及t h u r r e c k 地区的工业设施进行了危险评价。1 9 7 9 年英国伦敦 c r e m e r & w a m e r 公司和德国法兰克福b a t t l e 公司对荷兰r i j n u m u n c l 地区工业设施进行了 西安科技大学_ t - 程硕士学位论文 评价。此后，这类评价方法在工业发达的许多项目中得到广泛的应用。随之，又开发出 一系列以概率论为基础的有特色的安全评价方法【i3 。“j 。1 9 8 4 年设在印度博帕尔市的美 国联合炭化物公司开办的一家农药厂发生的毒气泄漏事故( 死亡2 5 0 0 人，中毒1 2 5 0 0 0 人1 、1 9 8 6 年两起震惊世界的巨大事故( 美国“挑战者”号航天飞机爆炸和前苏联切尔诺贝 利核电站爆炸事故) 等，使得人们对安全问题有了更加深入的认识，各国政府和研究机 构更重视安全评价的研究。如英国的t e c h n i c a 有限公司、荷兰的应用科学研究院、欧洲 的欧共体l s p r a 联合研究中心、意大利的s t a 公司等都对安全评价进行了深入且广泛的 研究，并开发了相关软件 1 ”，作为独立的产业形式出现的国外发达国家的安全评价发展 方兴未艾。 国外煤炭工业在安全评价领域的研究和应用主要集中在两个方面：( 1 ) 以矿山概率风 险评价为基础的评价技术 1 ”。就是把矿井生产系统中隐患导致事故的概率与隐患造成的 损害的乘积作为系统状态的危险度；隐患发生的概率和造成的损害经过统计数据获得， 但是对隐患发生的概率和损害统计不够细致，缺乏实用性，且只讨论了这些数据的模糊 性问题。其他的安全评价方法，如r v 罗曼尼教授提出的安全性指数法、澳大利亚的a r 格才提出的煤矿操作安全评价法、波兰m 费利卫皮提出的以人机为主的安全评价和灾 害预测以及日本的隧道安全评价方法等。从这些文献来看，国外的矿山安全评价尚停留 在研究阶段，没有达到实用阶段，也比不上其他行业的应用和发展水平；( 2 ) 安全评价过 程中的局部关键技术得到了较快发展。在注重安全评价的系统理论和方法发展的同时， 局部关键技术开发得到了足够的重视。如在可靠性理论研究过程中研究了系统及元件失 效概率的估计问题，以及可供系统安全性评价借鉴的概率估计方法i l ”，这对状态不明确 系统的科学、定量安全评价研究的贡献具有历史意义。 1 2 2 国内的安全评价技术发展现状 1 9 8 1 年，我国原劳动人事部首次组织有关的科研机构和大专院校的研究人员，开展 了安全评价的研究工作【l8 1 。原冶金工业部开发并颁布了“冶金工厂危险程度分级方法”。 化工、机电、航空以及交通等部门和行业同时开始了企业中实行安全评价的试点工作。 1 9 8 8 年，原机械电子工业部颁布了机械工厂安全评价标准【l 。1 9 9 2 年，广东劳动 保护研究所主持完成了工厂危险程度分级方法：同年，原化工部制定了化工厂危险程度 分析方法。1 9 9 5 年，原劳动部、北京理工大学合作完成了易燃、易爆、有毒重大危 险源的安全评价技术的课题。1 9 9 4 年以后，由于我国相继发生了多起特大火灾事故， 安全评价受到了政府部门和社会的重视，1 9 9 4 、1 9 9 5 年分别在太原、成都召开了全国各 行业安全评价研究研讨会，安全评价技术及应用在各行业系统内逐步推广和展开，并在 保证系统安全、控制事故发生等方面取得了一定成效。 我国煤炭工业企业安全管理和评价研究同其它行业相比，时间上基本同步，但研究 1 绪论 的规模、深入程度要落后于其它行业。1 9 8 2 年，煤炭工业部制定并颁发了矿井通风质 量标准及检查评定办法1 2u j ；1 9 8 6 年，制定了生产矿井质量标准化标准，作为行业 标准实施，后于1 9 9 4 年进行了修i , t t 2 l 】。这些标准的实施重点主要集中在煤炭工业企业 的质量管理方面，没有形成独立开展系统安全评价理论和应用的体系1 2 2 j 。煤矿安全规 程则是带有法规性和强制性的执行型法规文件，强调矿井生产系统各因素的结果控制。 对于系统安全管理过程中各子系统及因素的评价和分析以及综合的危险状态的确定，特 别是煤矿井下生产系统的安全评价方面有了一些基础性的研究，如福州大学的沈斐敏教 授【2 3 】等在矿井、回采工作面和掘进工作面等作业系统的安全评价方面进行了比较系统的 研究。但总体上，我国煤矿地下作业系统的结构特性以及适应性强的安全评价理论和 技术研究需进一步的深入和完善，矿山重大伤亡事故的客观存在也说明了事故控制的 重大理论和技术研究的重要性。 1 3 现有安全评价方法分析 根据目前对生产系统安全评价的结构组合方式、安全程度表达方式及模型与系统的 耦合关系，目前的安全评价方法可以分为：( 1 ) 安全检查表；( 2 ) 指数法：( 3 ) 概率风 险评价法；( 4 ) 人工智能与数据库方法。 ( 1 ) 安全检查表 我国兵器工业部机械工厂安全性评价方法与标准 2 4 1 、机械工业部评价方法、美国杜 邦公司的安全检查表方法等一般企业安全管理用的安全检查表同属于安全检查表评价 法。这样的指标型方法在系统思想指导下，把评价对象分解为一系列的指标，通过对系 统各个指标的评分，获得系统安全状态的合成结果。这种方法简单，易于操作，可以对 系统有一个较为全面的了解。评价过程及结果直观，易于企业的同步管理。因此在目前 的企业管理中被广泛的采用。但是这种方法含有相当高的经验成分，是一种静态的评价 方法，信息常常由于人自身的对客观事物情况的认识不足而带有未确知性。安全检查表 内容的选取合理与否可能对系统潜在的灾害隐患及危险发展趋势的洞察力缺乏明显不 足，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，这类方法以 最终的得分值为评价依据，其结果缺乏说服力【2 5 】。 ( 2 ) 指数评价方法 d o w s 化学公司的火灾、爆炸指数法、英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法、 日本的六阶段安全评价法以及我国化工厂危险分级方法等均为指数法。指数的采用使化 工厂这样难于表述因素灾交发生的危险性、系统结构复杂难于明确分析危险源的评价有 了一个可行的方法。在现有的安全评价方法中，该类方法操作简单，是目前比较可行的 安全评价的方法之一。指数的采用，避免了灾变概率及后果严重度难以确定的难题。这 类方法均以系统中危险物质为主要评价对象，评价指标同时含有灾害频率和灾害后果两 西安科技大学工程硕士学位论文 个方面的因素。这类方法的缺点是，评价中模型对系统安全保障体系功能重视不够，特 别是危险物质和安全保障体系间的相互作用关系未加以考虑，尽管在蒙德法及我国化工 部工厂危险程度分级方法中有一定的完善，但这种缺陷仍然是不可接受的。危险源是危 险物质或危险结构与安全保障体系之间相互作用的有机整体，是危险物质、能量与安全 防护体系之间相互矛盾着的整体。各因素之间均以适当的比重和方式处理，弄清楚各个 因素之间的重要性的差别，评价结果才有实际的可信价值。在目前的各指数法评价模型 中，指标值的确定只和指标的设置于否有关，而与指标因素的客观状态存在水平无关， 致使对于危险物质的种类、含量、空间布置相似，而实际安全水平相差较远的系统评价 结果接近，导致这类方法灵活性和敏感性差，该方法目前只在石油化工厂等领域开发应 用，也是一种半定量的评估方法。 ( 3 ) 概率风险危险| 生评价方法 该方法通过综合分析系统的最基本单元元件的性能及其致灾结构关系，推算整个系 统发生事故的概率，通过对灾害后果的估计，来综合反映系统的危险程度。这种方法有 较为完善的理论基础，是目前各类方法中最易于改造，最有可能与新兴的理论和技术相 结合，实现对不确定系统安全状态定量评价的方法【2 。另外，这种方法以结构逻辑分析 为手段，最能反映客观系统灾变的结构化过程，i f l 前这种方法在系统结构清晰、简单、 相同元件的基础数据相互借鉴性强的系统得到了广泛应用。另一方面，该方法要求数据 准确、充分、分析完整，判断和假设合理，并能准确的描述系统的不确定性1 2 ”。这样对 于煤矿行业，由于系统复杂、因素状态不明确以及人员等不确定因素含量高，对其结构 进行完整的分解是不可能的，同时，基本元件状态的不确定性及环境的复杂性使其失效 参数难以量化，且同一因素，不同场合，其危险性程度具有极大的不确定性和不可比性， 工作系统的运行并非总能在设计规范要求的环境下工作。在这种情况下其概率的估计和 表示方法就很值得研究。因此，这类方法至今未能在这类行业中取得较大的进展。从目 前的发展看，随着模糊数学、未确知数学等新数学理论的发展与不断完善，概率风险评 价的一些不足在一定程度上能得以改善。 ( 4 ) 基于数据库和人工智能理论之上的安全评价方法 这类方法在危险性评价的系统理论和原理方面有一定程度的突破，但也只属于危险 性评价过程中的新的技术和手段。单独分出讨论的目的是对危险评价方法的完善和实施 具有一定的潜力和优越性。这类方法往往以指数法或概率风险评价方法为主体，以数据 库的形式存贮评价中有关危险物质、设施、环境等结构指标特性参数和数字模拟结果， 借助于现代人工智能专家系统方法、快速电子计算技术等对数据进行判断推理而确定被 评价对象的有关参数值1 28 ”】。可避免常用方法由于评价专家的局限性和主观性，数据来 源的单一性而导致模型和对象间不客观的简化而产生的种种困难。是一种非常理想的评 价模型组织形式和评价平台。它能对指数法或概率风险评价方法的某些缺点作到一定程 】绪论 度的补偿。但其特点相应类似于指数危险评价法或概率风险评价法。这类方法目前仍然 处在研究实验的阶段。比较有代表性的是人工神经网络系统引进到危险评价领域，形成 的一种自学习、自适应的数据处理模型的评价方法。 随着数学、计算机和人工智能等学科研究的发展，出现多种不同的安全评价方法， 但是笔者通过长时间的现场考察与分析了解到，一些理论性强的安全评价方法，由于技 术要求和人员素质等各方面的原因都不可能真正用于指导现实的生产，多数仅作为一种 安全评价方法存在着。而随着近几年煤矿生产事故的频频发生，国家安全生产部门对于 安全工作的日益重视，要求必须认真而富有实效的对生产矿井进行彻底的评价。中华 人民共和国生产法规定：对于新建、改扩建的项目必须要进行安全预评价。各个省市 煤矿安全监察部门也依据国家的有关法规对矿井安全评价颁布了地方性法规，用以规范 安全评价工作。如山东、河北、陕西、重庆等都已经颁布了煤矿安全评价的办法和标准。 并且限期对所辖内的煤矿进行安全评价。由于我国煤矿在安全评价工作方面研究起步较 晚，所积累的相关基础数据有限，因此，一些基于定量基础上的评价方法，失去现实意 义，在目前我国各省份进行安全评价实际应用的还是比较传统的基于安全检查表的专家 评分法。合理的制定安全检查表的内容和处理专家评分意见，是提高安全评价可靠性的 关键。在矿井安全评价中所涉及的评价因素多为定性的指标，对于定性指标的评估，必 然伴随主观成分的参与，由于评价人员的局限性，使得评价信息具有未确知性。改进目 前的评价方法，提高评价的准确性是现阶段安全评价工作的重要步骤。 未确知数学，是研究未确知信息的一门学科【4 l 】，经过多年数十位领域专家的辛勤工 作，其体系己经趋于完善。由于煤矿安全评价中的诸多因素都具有未确知性，应用未确 知的相应理论完善现有基于安全检查表的安全评价方法应是一种较为理想和实用的方 法。我们把这种方法称为未确知测度综合评价方法。 1 4 本文研究目的及意义 1 4 1 研究的目的 本文研究的目的是把未确知信息的概念引入煤矿安全评价中，并结合未确知数学的 理论，研究安全评价中定性指标的定量化问题，客观、合理的处理评价信息的不确定性。 通过应用未确知测度综合评价方法，提高矿井安全评价的准确性和可靠性，改善前期和 目前评价工作中的经验判断主观性较强的现状，尝试探索一条安全评价的新途径，使评 价结果更加符合实际情况。 1 4 2 研究的意义 目前，未确知测度方法已经应用于企业项目效益估算、系统合理化分析及环境质量 西安科技大学工程硕士学位论文 等级评价等方面，但是在矿井安全评价方面还没有具体的应用。煤矿生产系统是一个极 其复杂的多因素、多变量、多层次的人一机环境系统。在这个系统中，除客观事物的差 异在中间过度阶段呈现的“亦此亦彼”的特点外，还有由于人的自身条件的限制而存在未 确知性，因此，在矿井安全评价中引入未确知测度综合评价方法合理的对矿井进行综合 评价，提高安全评价系统的准确性、客观性，对于现行的矿井安全评价、现状问题的认 识及根据评价结果作出的相应措旋都具有重要的现实意义。 1 5 本文研究的内容及技术路线 1 5 1 研究的内容 综上所述，本文主要研究内容为：以未确知数学中的未确知有理数和盲数的理论为 理论基础，建立矿井安全综合评价的安全测度模型，通过对指标权值和指标安全度值的 分析研究，形成一种适合煤矿安全综合评价方法。研究内容分为三部分： ( 1 ) 分析目前煤矿安全评价现状，结合安全评价办法和标准及煤矿安全规程 的相关内容，建立一种比较实用的矿井安全评价指标体系。在安全检查表的基础上，结 合煤矿战线专家的长期实践经验，对矿井生产中各个环节进行评估的评价方法，是目前 国内一种应用广泛的评价方法。这种方法简单易行、富有实效，能够切实的指导煤矿安 全生产，本文所建立的矿井安全评价指标体系便是从实用性、合理和科学实用的角度着 眼的。 ( 2 ) 在层次分析法( a h p ) 的基础之上，引入测度的概念，完善层次分析法在指 标权重确定时存在的一致性验证，建立层次分析法的测度改进模型，确定矿井安全各层 指标的权重。 ( 3 ) 应用近年来发展起来的未确知数学理论和研究成果，建立矿井安全评价的未 确知测度模型。在未确知信息和未确知有理数的范畴内，分析矿井安全评价中专家可信 度和指标赋值的安全度问题，提出了多智能体结论合成的方法。 1 5 2 技术路线 根据上述分析，本文采用的技术研究路线如图1 2 。 i 绪论 基本概念、文献综述与现有方法特性分析，问题的提出 不确定信息与未确知 数学的基础理论 矿井综合评价指标体系 建立及指标权重的确定 矿井安全评价的未确知测度综合评价模型 应用实例 结论与讨论 图i 2 论文研究的技术路线 西安科技大学工程硕士学位论文 2 1 不确定信息 2 1 1 未确知信息 2 不确定信息与未确知数学 关于“不确定性”一词，在1 8 3 6 年詹姆斯穆勒发表的政治经济学是否有用 3 4 】 一文中就已明确提出。实际上，作为不确定性的第一种随机性，荷兰著名数学家惠 更斯早在1 6 5 7 年就提出并进行了研究口5 1 。但随机性问题真正为人类所重视，是在前苏 联数学家柯尔莫哥洛夫提出并建立了概率论与公理化方法【36 j 之后。1 9 6 5 年，美国学者 扎德( l a z a d e n ) 仓i 建模糊集合论 3 7 】，给出了模糊信息的概念，发展了不确定性的研 究领域。随后于1 9 8 2 年由我国学者邓聚龙教授创立了灰色系统理论【3 ，在此基础上建 立了灰色集合，产生了灰色数学p 。又于1 9 9 0 年由我国工程院院士王光远教授提出了 未确知信息m l ，产生了未确知数学。迄今为止，不确定信息主要包含四类信息：模 糊信息、随机信息、灰信息和未确知信息。 目前对于不确定信息中的模糊信息、随机信息和灰信息的定义都基本有了明确的认 同，但国内外学者对未确知性的理解是不同的，有关研究主要有两个学派：信度理论1 4 2 j 和可能度理论【4 3 】，虽然到目前为止，还没有对未确知信息有个明确统一的定义，但理论 界都普遍同意它基本上代表这样一个含义：所谓“未确知信息”就是由于决策者所掌握的 信息不足以确定事物的真实状态和数量关系而带来的纯主观认识上的不确定性。这种主 观上、认识上的不确定性，称之为未确知性。也就是说，它是由于决策者主客观条件限 制，认识不清，所掌握的信息不足，难以确定事物的真实状态和数量关系而带来的纯主 观的、认识上的不确定性，它既不同于只是针对未来将要发生的事物的随机性，也有别 于由于不可能给某些事物以明确的定义和评定目标而形成的某特性上的模糊性，也不同 于灰性。在我国，未确知数学是王光远根据建筑工程理论研究的需要而首先引入的，王 光远在1 9 9 0 年发表了论未确知信息及其数学处理揭开了我国未确知性研究的第一 页，经有关专家和学者如葛琦】、王光远【4 引、王丽萍h 刚、李惠娟f 4 、李雷【4 8 j 等人的 研究，逐步形成了“未确知数学”理论。未确知测度是未确知数学的一个部分。 2 1 2 未确知信息与其它不确定信息的关系 ( 1 ) 未确知信息与随机信息 未确知信息和随机信息是两种不同的信息表示，刘丌第教授等人在不确定性信息 数学处理及应用 4 9 - - 书对随机信息和未确知信息这样定义： o 2 不确定信息与未确知数学 设z 为对象，s l 是非空集合，u 为叫在s 中”，爿是吖在s 中，且z 是p s 的可能 性为啦，0 口e 1 ”，显然由a 可得知u ，所以a 是信息。 、- 若乙仃e2 1 ，则称一为随机信息。 若乞d e = 0 5 l ，则称彳为未确知信息。 随机信息是未确知信息的特例，随机信息是以随机试验为背景的信息，通常是客观 地描述未来事物的。总可信度为1 ，表明一切试验结果都是已知的。如果试验结果不完 全己知，则试验不是随机试验，以此为试验的信息不再是随机信息，而是未确知信息。 未确知信息是以盲动试验为背景的，盲动试验与随机试验的差别在于它的一切试验结果 不全是已知的，不管客观事物是确定的还是不确定的，是已发生的还是未发生的，只要 决策者不能完全把握它的真实状态或数量关系，那么，它在决策者心目中就是“不确定 的”，我们称这种主观认识上的不确定性为“未确知性”。对于真正的未确知信息，总可 信度应小于1 ，即乞口e l 。这是未确知信息与随机信息在数学上本质的区别。 ( 2 ) 未确知信息与模糊信息的关系 对于模糊信息一般这样定义【5 0 】： 设x 是研究对象，s 是非空集合，u 为在s 中”，a 是吖在s 中，且x 是e s 的 从属度为a o 口e 1 ”，显然有爿c u ，所以a 是信息，称a 为模糊信息。 随机信息和未确知信息中欲知元“x 是e s 的可能性为a 一与模糊信息中的欲知元 “x 是e s 的从属度为口一在意义上是不同的。模糊信息中的从属度口e 是指p 实实在在 有( 整体的) g e 部分属于x ，且不受条件己口。s 1 的限制，允许大于1 ；而x 是p s 的 可能性为以，仅指可能而已，并非指p 必定有口e 部分属于x 。如一次试验，x 出现的可 能性为0 9 9 ，但并不说明这次试验x 必定发生，并且此处t 2 e 严格满足条件乞口cs 1 。 ( 3 1 灰信息与未确知等信息的关系 文献 5 1 最早提出“灰信息”，“灰”可以理解为“部分己知部分未知”。虽说这只是区 别于“黑，( 完全不知) 和“白”( 完全已知) 对“灰”的直观描述，却也表明了灰信息的一个特 点，灰信息是客观的而且不可避免的有信息遗漏。 设x 是欲知元，s 是非空c a n t o r 集，s 是s 的非空子集，为“x 在s 中”，a 为“x 在s 中”，则称爿是灰信息。 西安科技大学工程硕士学位论文 例如，取s = r ( r 为实数集) ，s 【2 ，3 ，n 为”在s 中”，a 为q 在s 中”， 则a 是x 关于的信息，且a 是灰信息。灰信息a 仅仅使人得知欲知元是闭区间【2 ，3 1 上 的数，但不知x 的具体位置，实际上此处的4 是一个信息灰数。 “随机”、“模糊”因无信息遗漏，故属“完整信息”类；“灰”与“未确知”因有信息遗漏， 故属“不完整信息”类。其不同点是，灰信息中的欲知元所在范围是已知的，只是不知道 确切位置，而未确知信息( 这时总可信度小于1 ) 漏掉的那部分信息是完全不清楚的， 连欲知元的所在范围也不知，是“黑”的。随机信息也是灰信息，模糊信息本质上是确定 的，也可看作灰信息，当未确知信息总可信度a c 2 1 时是灰信息，当总可信度比1 小很 多时，它就不能看作灰信息，这是因为信息遗漏部分是完全不知道的，连遗漏部分所在 范围也不知道。如果对灰信息的欲知元增加随机约束或未确知约束，则在灰性基础上可 增加信息的随机性或模期性或未确知性。但是，约束的增加受实际问题的限制，并非决 策者随意可行。因为“灰“| 生在所有“不确定m | 生中条件最少，或说是不确定性程度最高的 种“不确定性”。 2 2 未确知数学理论 2 2 1 未确知有理数 未确知事物的真实状态或真值称为真元l ，它的任何一个可能状态或可能值_ 称为 基元，所有基元组成的集合称为空间z 。 在很多场合下，未确知信息的真元。0 可用一个数来