（采矿工程专业论文）基于模糊modular神经网络理论的开滦煤矿系统安全评价.pdf

河北理工学院硕士学位论文 摘要 近年来，开滦集团公司煤矿的安全生产呈现如下趋势：重大恶性事故基本得到有效 控制，但未能从根本上杜绝；同时，各类零星事故不断发生，成为制约煤矿安全生产的 主要因素，给企业和国家带来大量的人、财、物损失。因此，对其进行安全性评价以有 效地控制事故的发生具有非常重要的意义。 本文以控制危险为核心，以危险和控制能力这一矛盾运动过程为内容，根据建立煤 矿安全性评价指标体系的原则，通过对初选的指标体系进行单体检验和整体检验，其中 整体检验包括重要性、必要性，完整性检验，在一系列检验之后，建立了一套科学的煤 矿安全性评价指标体系。显然，这些评价指标之间既相互依存又相互作用，既相互促进 又相互制约，所以我们很难用精确的函数关系来描述各个指标之间的内在关系，鉴于 此，本文采用了模糊m o d u l a r 神经网络理论对煤矿的安全性进行评价，其目的在于通过 分析关于煤矿安全的大量信息，预测和分析未来的安全状况，为其管理部门制定安全规 则和预防措施提供信息支持。 模型的评价结果不仅表明了模糊m o d u l a r 神经网络模型用于煤矿安全性评价的可行 性，而且为安全部门预防事故提供了详细的安全信息。由此可见，模糊m o d u l a r 神经网 络在系统评价方面有着非常广泛的应用前景。 关键词：煤矿安全性评价指标体系模糊m o d u l a r 神经网络安全分析 河北理工学院硕士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l yt h es a f ep r o d u c i n go fk a i l u a nc o a lm i n e sa p p e a r san e wt r e n dt h a th e a v ya n d m a l i g nf a u l t sa r em o s t l yc o n t r o l l e d ，b u tt h e yc a n tb e e ne r a d i c a t e d ；a tt h es a m et i m ea l ls o r t so f s p o r a d i cf a u l t se n d l e s s l yo c c u ra n dl e a dt oh e a v yl o s s e so fl i f e , p r o p e r t ya n ds u b s t a n c e s oi ti s v e r yi m p o r t a n tt oa s s e s sc o a lm i n e s s a f es t a t e b a s e do nt h ep r i n c i p a lo f e s t a b l i s h i n gi n d e xs y s t e m , t h i sp 印e rs e l e c t sas e r i e so fi n d e x e s a i m i n ga tc o n t r o l l i n gd a n g e ra n dr e f l e c t i n gt h ep a r a d o x i c a lp r o c e s sb e | ：w e e nd a n g e r sa n d c o n t r o l l i n gc a p a c i t y ，t h e nt oe s t a b l i s has c i e n t i f i cc o a lm i n e s s a f e t ya s s e s s i n gi n d e xs y s t e m , a l l s e l e c t e di n d e x e sa r et e s t e dw i t hs o l et e s ta n dt h ew h o l et e s ti n c l u d i n gi m p o r t a n c e , n e c e s s a r ya n d i n t e g r i t yt e s t s o b v i o u s l y , t h e s ea s s e s s m e n ti n d e x e si n t e r - d e p e n d ，i n t e r - p l a y , i n t e r - i m p r o v ea n d i n t e r - r e s t r i c t , s oi ti sv e r yd i f f i c u l tt od e p i c tt h el i n k sa m o n gt h e s ef a c t o r sw i t hp r e c i s ef u n c t i o n s i n o r d e r t o r e f l e c t c o a l m i n e s s a f e s t a t e m o r e r e a l l y , t h i s p a p e r e s t a b l i s h e s f u z z y m o d u l a r n e u r a l n e t w o r km o d e lt oa s s e s st h e i rs a f e t yt h r o u g ha n a l y z i n gp l e n t yo fs a f ei n f o r m a t i o nf o rt h e p u r p o s eo fo f f e r i n gi n f o r m a t i o nf o rs a f e t ym a n a g e m e n td e p a r t m e n t c o n s t i t u t i n gs a f e t yr u l e s a n dp r e v e n t i n gm e a s u r e s t h ea f l a l y z i gr e s u l t so fm o d e n o to n l ys u g g e s t st h ef e a s i b i l i t yo ff i j z z ym o d u l a rn e u r a l n e t w o r km o d e la s s e s s e dc o a lm i n e s s a f e t y , b u ta l s oo f f e r sd e t a i l e ds a f ei n f o r m a t i o nf o rs a f e t y m a n a g e m e n td e p a r t m e n tt op r e v e n tf a u l t s t h e r e f o r et h ea p p l y i n gf o r e g r o u n do f f u z z ym o d u l a r n e u r a ln e t w o r ku s e ds y s t e ma s s e s s m e n ti sw i d e k e yw o r d s ：c o a lm i n es a f e t ya s s e s s m e n t , i n d e xs y s t e m ，f u z z ym o d u l a rn e u r a ln e t w o r k , s a f e t ya n a l y s i s 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。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的研究成果，也不包含为 获得河北理工学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的 说明并表示了谢意。 签名；爿牛日期：磷年五月3 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：粹导师签名： 齐唱 日期：卫生年三月王日 河北理工学院硕士学位论文 引言 目前，安全评价工作对原子能工业、航空和航天工业、大型石油化工等危险性大的 工业的重要意义已经得至6 社会的广泛认可。事实上，煤矿工业发展过程中不断出现的安 全问题的发展趋势表明，对其进行安全评价也是具有重大意义的。 近些年来，开滦煤矿的安全面貌虽大有改观，但井下伤亡事故仍较严重：零星事故 不断发生，重大恶性事故时有发生，给国家、企业带来大量的经济损失。造成这种现象 的主要原因，有历史因素( 建国初期相当落后) 、自然因素( 自然危险占4 6 0 r - 4 9 ， 采掘深度大，地质条件差，环境恶劣，生产过程复杂等) 、社会经济因素( 财力不足， 矿工素质较差，机械化程度不高等) 以及企业的安全管理水平( 安全管理措施不完善、 制度不健全、安全思想不到位等) 。因此，对上述影响因素及煤矿的整体安全状况进行 安全性评价具有十分重要的研究意义。 煤矿的安全性评价主要是从事故发生的可能性、事故的发生范围与损失程度三方面 入手，按照科学的程序和方法，对系统中固有或潜在的危险因素，发生事故的可能性以 及这些危险因素可能造成的损失进行识别、分析和评估，并进行量化处理，确定危险程 度，以便于为预防事故提供有效的安全对策和管理方法。 煤矿作为一个具有高度复杂性、不确定性、多层次性、开放性的系统，涉及至u 安全 的因素很多，而且各因素之间既相互依存又相互作用，既相互促进又相互制约，所以传 统的评价方法，如工作表法、事故树法、事件树法以及单一指标百万吨死亡率评价 法等，都难以反映煤矿中危险和控制能力这一矛盾过程所引起的系统安全状态的运动变 化。因此，作者尝试使用多层次多指标的评价体系对其进行评价。但是在煤矿这样的复 杂巨系统中，从相互依存、相互作用，相互促进、相互制约的诸多因素中如何选取那些 具有重要控制论意义、可受到管理措施直接或间接影响的指标：如何选取那些具有时间 和空间动态特征的指标；如何选取那些能显示变量间相互关系的指标；以及如何选取那 些显示与外部环境有交换关系的开放系统特征的指标等，目前这方面的理论和方法研究 还处于探索阶段。 河北理工学院硕士学位论文 另一方面，从评价方法的角度考虑。目前，煤矿安全性分析的常用方法有安全检查 表法、事故树法、事件树法，它们都或多或少地存在着一些局限性，集中表现为：将安 全系统中危险与控制这一矛盾斗争的运动过程静态化；忽视了安全的系统特征。 正是基于上述问题的认识，作者展开了论文的研究工作。本论文的主要研究内容 有： ( 1 ) 在分析和研究安全评价理论和方法的基础上，总结了安全评价研究的现状、 趋势以及发展方向： ( 2 ) 在深入分析影响煤矿安全生产的多个因素的基础上，根据建立煤矿安全性评 价指标体系的原则，初步建立了煤矿安全性评价指标体系，并对其进行了单体检验和整 体检验，其中整体检验包括重要性、必要性、完整性检验，在一系列检验后，建立了一 套科学的煤矿安全性评价指标体系： ( 3 ) 在评价指标体系酶基础上，对煤矿的安全状况进行了模糊评价，从实际应用 的角度证明了此评价指标体系能比较全面地、真实地反映煤矿的安全状况。此外评价结 果还为下文的模糊m o d u l a r 神经网络评价模型提供了基础数据； ( 4 ) 针对评价指标之间的非线性特征，采用模糊神经网络理论建立了煤矿安全性 的模糊m o d u l a r 神经网络评价模型； ( 5 ) 通过分析模型的评价结果，不仅证明了模糊m o d u l a r 神经网络用于安全性评 价的可行性，而且还为安全管理部i 1 n 定预防事故的安全对策和管理方法提供了信息支 持。 2 河北理工学院硕士学位论文 第一章文献综述 安全评价是一项非常重要的工作，不仅涉及到人的生命财产，还关系到国家经济建 设的能否顺利进行。因此，世界各国都十分重视这项工作，我国也不例外。安全评价工 作对原子能工业、航空和航天工业、大型石油化工等危险性大的工业的重要意义已经得 到社会的广泛认可。事实上，安全评价对一般工业，如煤矿工业，也有着十分重要的意 义。 煤矿安全生产一直是关系煤炭工业持续健康发展的头等大事。多年以来，我国煤矿 安全事故屡屡发生，每年死亡人数数以千计，1 9 9 8 年煤矿事故死亡人数超过万。虽然 在党和国家的关怀下，煤矿安全生产的趋势大有好转，但是，煤矿事故多、伤亡大、职 业病严重的状况没有得到根本好转，我国煤矿的百万吨死亡率仍远远高于西方以及各主 要产煤国家：以1 9 9 6 年为例，美国百万吨死亡率为o 0 3 9 ，俄罗斯为0 7 ，南非为 o 2 3 ，而我国高达4 6 7 ，是美国的1 2 0 倍，南非的2 0 倍【1 l 。随着社会的发展，煤矿的安 全问题越来越得到广泛的社会关注，从某种意义上讲，安全问题已经成为政治闯题。因 此，我国煤炭工业领域的安全问题有十分重要的研究意义。 具体到开滦煤矿来说，重大恶性事故时有发生；零星事故不断发生，其事故起数和 死亡人数占事故总起数和所有死亡人数的9 6 6 9 和8 6 1 9 ；百万吨死亡率相对来说偏 商，大体在o 5 左右，每年都给企业造成大量的经济损失，所以对开滦煤矿的安全状况 迸行安全评价具有非常重要的现实意义。 1 1 安全评价理论的综述 随着社会的发展，安全意识的加强，人们对安全生产不断提出新的要求，于是在二 十世纪七十年代诞生了“安全系统工程”这一新兴学科，其主要内容之一就是安全评 价。 安全评价( s a f e t ya s s e s s m e n t ) ，也称为风险评价( r i s ka s s e s s m e n t ) 或危险度评 价，是按照科学的程序和方法对一个具有特定功能的工作系统中固有的或潜在的危险及 其严重程度所进行的分析与评估，并以既定指数、等级或概率值作出定量的表示，最后 根据定量值的大小采取最经济、合理及有效的安全对策，保障系统的安全运行。安全评 3 河北理工学院硕士学位论文 价可以用来解决两类问题：一类是确认新建或改建项目中的危险性程度，采取降低危险 的措施；另一类是对现有生产工艺流程、设备状况、环境条件、人员素质和管理水平等 方面作一个全面的衡量，以确定企业的安全性。所以，安全评价的根本问题就是确定安 全与危险的界限，确定危险程度及其影响，确定降低危险的措施伫1 1 3 1 1 5 1 。 安全评价工作是以预防事故为核心的现代科学管理方法，把可行性研究中的安全论 证、安全设计、系统防灾能力的科学评估以及建立系统安全的保障体系等方面紧密联系 起来，从而达到预防事故、制定安全对策和加强安全管理的目的。因此，安全评价工作 必须注意以下几个问题： ( 1 ) 安全评价工作应十分注意整体与组元的关系。各个组元的最优，并不能保证 组合后整体的最优，因为整体功能效果并不等于各个组元功能效果的代数和，所以应以 系统的概念来评价组元设置的合理性。 ( 2 ) 在评价过程中应掌握好定性与定量的界限。只进行定性分析，不足以最终解 决问题，而过度地追求评价中定量化的比重，有时反而造成评价方法的使用困难。所以 必须根据不同的评价对象，作好定量与定性的分配工作。 ( 3 ) 安全评价的内容设置不应重复，即评价过程中对已经评价过的内容再以其他 形式进行重复评价。这样会造成评价结果的严重失实。 ( 4 ) 安全标准的制定十分重要，应把握好其度的大小。标准过高，则会造成过多 财力，物力的投入，且效果未必好；标准过低，则可能造成危险的出现。所以，应很好 地研究社会对某一工作系统安全标准的认可程度。 1 2 国外安全评价方法的研究现状和趋势 国外在安全评价这方面的研究起步比较早( 安全评价技术是由美国道化学公司首先 创造并使用的) ，并且提出了一系列方法。 目前，国外用于安全评价的方法很多，其中应用较为广泛的定量评价方法主要有： 指数法、概率法和综合评价法。 ( 1 ) 指数法：又称评分法。是根据评价对象的具体情况选定评价项目，每个项目 均订出评价的分值范围，在此基础上由评价者给各个评价项目评分，然后通过一定的运 算求出总分值。根据总分值的大小对工作系统进行危险等级评价，并决定采取何种预防 4 河北理工学院硕士学位论文 与保护措施1 3 1 。这种方法应用比较成熟的有；美国道化学公司的火灾、爆炸指数法，英 国帝化学公司蒙德法等。 美国道化学公司的火灾、爆炸指数法：以能代表重要物质在标准状态下的火灾、爆 炸或放出能量的危险潜在能量的“物质系数”为基础，分另b 计算特殊物质豹危险值、一 般工艺危险值和特殊工艺危险值，再通过一定的运算得出“火灾、爆炸危险指数”，并 根据指数的大小对化工装置的危险性程度进行分级，同时根据不同的等级提出相应的安 全预防措施。 英国帝化学公司蒙德法：通过划分评价单元，确定各评价要素的危险值，包括物质 系数、特殊物质危险系数、一般工艺危险系数、特殊工艺危险系数、数量危险系数、布 置危险系数和毒性危险系数；依据公式计算综合危险指数、火灾负荷指数、装置内部爆 炸指标、环境气体爆炸指标、单元毒性指标、主毒性事故指标和总体危险性评分；然后 通过对单元的补偿性评价，确定补偿系数，包括容器系统、工艺管理、安全态度、防 火、物质隔离和灭火活动六个补偿系数；再计算补偿后的火灾负荷、装置内部爆炸指 标、环境气体爆炸指标和总体危险性评分。 ( 2 ) 概率法：该方法是把预测事故后果的分析同实际事故发生概率结合起来。根 据系统各组成要素的故障率及失误率，确定系统发生事故的概率，然后同既定的目标值 比较，判明其是否达到预期的安全要求，或者将概率值划分为若干个等级，作为对系统 安全性评价及制定安全措施的依据1 3 1 。应用概率法评价，主要通过对系统可能发生的事 故进行事故树分析或事件树分析，建立数学模型，选定目标函数，然后求解。美国原子 能委员会对核电站的安全性评价即是此法的应用实例。 事故树分析法( f t a ) ：是美国贝尔实验室的w a t s o n 等在6 0 年代初提出和发展 起来的- - f - j 技术。f t a 技术是用来解决复杂系统的可靠性问题，如核电站、航天技术、 石油化工企业中成套设备等不希望发生严重事故，这种技术为可靠性分析提供了一套科 学的分析和计算的方法。f t a 是以系统所不希望发生的事件( 顶事件) 作为分析的目 标，通过逐层推理所有可能的原因，从而找出系统可能存在的部件故障、环境影响、人 为失误与系统故障之间的逻辑关系，用倒立的树状图形表示出来。上级事件与下级事件 之间用逻辑门相连，一般的有与门( a n dg a t e ) 和或门( o rg a t e ) 。最下面的一级事件称为 5 河北理工学院硕士学位论文 基本事件。初步建成事故树后，要进行整理和简化，再进行定性与定量分析。定性分析 主要是求最小割集与最小径集，即基本事件对顶事件产生影响的组合方式与传递途径， 找出系统的薄弱环节。定量分析可计算出影响的程度和系统故障的概率或频率。 事件树分析法( e t a ) ：从一个出事事件开始，经过不断发展，一直到结果的全部 分析过程。这种方法可以作为f t a 的补充，f t a 是从顶上事件用逻辑推导逐步得出基 本原因事件，而e t a 从底部事件开始，经过各个阶段，看看能得到哪些结果。通过这 两种分析，就可以把一些严重事故的动态发展过程全部展示出来。e t a 结合事故的发 生概率，对影响严重的事故进行定量评估。 ( 3 ) 综合评价法：是根据评价对象的要求，将一些不同种类及不同适用范围的方 法组合起来，以使评价更为完善【2 】。 定性的分析评价方法主要是根据工作经验和判断能力对生产系统的工艺、设备、环 境、管理、人员等方面的安全状况进行定性分析与评价。主要的方法有：安全检查表 法、预先危险分析、故障危险分析、运行危险分析、系统危险分析及子系统危险分析故 障类型、影响及致命度分析、危险可操作性研究等方法。这类方法的特点是理论简单、 便于操作、评价过程及结果直观。该方法一般通过检查表形式来实施。 安全检查表法：根据经验或系统分析的结果，把评价项目自身及周围环境的潜在危 险集中起来，列成检查项目清单，评价时依据清单逐项检查和评定。由于该法主要是凭 经验进行分析和评定的定性方法，所以经常同评分法结合起来应用，根据评定的总分来 确定安全的程度旧。 需要指出的是，这些方法都或多或少的存在着一些局限性，同时，这些局限性也代 表着安全性评价方法的发展和改进的趋势： ( 1 ) 评价模型为静态模型，不能反映安全系统中危险与控制这一矛盾斗争运动过 程的动态性吼 ( 2 ) 评价模型的理论原则，建模规则，因素关系和赋值，缺乏严密的科学论证， 评价函数与系统安全状态往往不是客观的映象关系。 ( 3 ) 过于强调行业特殊的危险状态，忽视了安全工程的共性问题，方法缺乏通用 性明。 6 河北理工学院硕士学位论文 ( 4 ) 评价方法需要大量基础数据，这些数据在目前技术条件下往往难以获得，不 能保证选取恰当的数据以及建立正确的数据关系。 1 3 国内的研究现状 我国在这方面的研究相对来说较晚，而且多偏重于硬件，在安全评价这种软科学方 面基本处于空白阶段。 我国在7 0 年代末，化工行业开始应用安全系统工程的危险分析和评价方法。1 9 8 9 年，化工部职业安全卫生研究院完成了化工部的研究课题光气及光气化产品企业的安 全评价，并形成了国家标准。随后这种方法得到了大力推广，同时推荐指数法为我国 化工行业的安全评价法。 同时，我国各部委根据各自的行业特点，制定了不同的安全评价方法和措施。化工 部制定了化工厂危险程度分级，中国石油化工总公司制定了石油化工企业安全评 价实施办法，冶金部制定了冶金工厂危险程度分级，机械部制定了机械工人安 全性评价标准，煤炭部制定了煤炭安全规程等。 鉴于这些评价方法的局限性，文献【1 2 】提出安全评价等级系数法、文献【1 圳1 14 1 提出了 模糊数学理论在安全评价中的应用、文献【1 q 【1 7 1 提出了将神经网络理论用于安全评价的方 法、文献 5 1 提出安全控制论的思想。这些方法分别代表了目前一些学者、专家在这方面 的研究方向。 ( 1 ) 等级系数法【1 2 1 等级系数法是从一个企业的安全工作情况和工伤事故情况两个方面考虑的。将领导 对安全的管理制度、安全职能部门的工作效能、人期r 环境条件、年度工伤事故情况 各分成9 个等级。其计算公式为： d 一九：i 厩瓦砸丁瓦i 日厕+ ( 1 一九：虹 式中：d ：安全等级； k ：不同行业安全性系数，取值范围o 5 - - 0 ，8 ； k ：同一行业内不同企业之间的相对安全性系数，取值范围o 9 - 1 1 ； 足，：领导对安全的管理等级，取值范围1 - 9 ； k ：安全管理职能部门工作效能等级，取值范围1 - 9 ； 7 河北理工学院硕士学位论文 k 。：人的条件，即工人素质，取值范围1 , - 9 ； 段：物的条件，即机器设备安全等级，取值范围l 棚； 0 ：环境条件，即环境安全等级，取值范围1 9 ； k 。：年度工伤事故率等级，与工伤事故平均值、工伤事故指标值等有关，取值范 围1 - 9 。 由其公式的参数可以看出：等级系数法可以应用于不同的行业，而且目标明确、概 念清楚、操作简单。 ( 2 ) 模糊数学理论在安全评价中的应用t 3 1 4 1 由于安全性本身是一个模糊概念，所以文献【1 3 】【1 卅的作者认为模糊数学方法在安全评 价中广阔的应用前景。其评价模型为： 首先确立系统的综合评价集合u 和系统综合评价的评语集合v ， u = u l ，u 2 u 3 ，i i i i ) ；v = v b v 2 , v 3 。v m 然后对u 集合中各元素确定其因素重要度，即权值a ，a = a l , a 2 , a 3 ，, a n ) 再由专家根据u 与v 之间的关系，得出评价矩阵r r = ，l l，1 2 r 2 1r 2 2 i2 再由模糊关系的合成b = 爿。r = h i ，6 ：，6 3 ，以) ，其中t = 二n g ， 勺) ， j = 1 , 2 3 ，m 赚删躲扣1 糊咄媲，b 口咖，磋。堋粕舸畔惭安 j l打 全状况。 ( 3 ) 基于神经网络理论的安全评价方法【】6 】【l 刀 神经网络理论是通过输入的信息样本对网络训练后，使其具有人脑的日 乙、辩识能 力，完成各种信息处理功能。网络模型为： 一8 河北理工学院硕士学位论文 作用函数模型为： 歹g ) ：1 ( i + e “ 隐节点输出模型为： 0 j 一，晓置一o ，) ，其中置为输入值，为输入层 与隐含层的连接权值，0 为节点阅值； 输出节点输出模型为：圪- 旺珞幻，一o t ) ，其中为隐含层- - - - ：a - - 连、接 权值，0 。为节点阈值： 误差计算模型为： e p o 5 也一d r 式中：f 。：l 节点的期望输出7 0 。：i 节点的计算输出； 自学习模型为： 加+ 1 ) 一q 巾，x o , + a 0 ) 式中：叼：学习因子； 机：输出节点i 的计算误差； q ：输出节点，的计算输出； a ：动量因子； 这种方法对于评价参数缺少、多因素、多指标的评价系统很适用。 ( 4 ) 安全控制论 2 0 世纪7 0 年代中期以来，国外陆续有人提出安全控制论的概念。美国的 d b b o r o n 和南加利福尼亚大学s w m a l a s k y 相继于1 9 7 6 年和1 9 8 1 年初步提出在安全 工程中运用控制论的设想；德国学者a k u h l m e n n 在1 9 8 1 年出版的安全科学导论 中，也有类似见解，但至今尚未见到用以解决实际问题的报道。 国内关于安全控制论的研究工作，基本与k u h l m e n n 同时起步，1 9 8 2 年冶金工业部 安全环保研究院张翼鹏先生提出类似的主张，1 9 8 8 年提出安全控制的状态方程和运用 卡尔漫滤波器进行系统辩识的问题，9 0 年代开拓建立以安全控制论为基础的安全评价 模型，解决了安全计量问题，并得到实际应用。至此，这一理论的研究已从概念研究阶 段，进入建立安全控制论概念体系的高层次研究和试用阶段。 其基本思想是： 9 河北理工学院硕士学位论文 ( 1 ) 以控卷4 危险为核心，根据安全控制论原理和方法，对危险和控制能力这一矛 盾过程所引起的系统安全状态的运动变化进行考察、计量和评估。 ( 2 ) 充分利用安全信息资源。控制的前提就是获得大量的信息。因此，必须建立 计算机信息系统，以便于对大量安全信息进行搜集、处理、存贮。 ( 3 ) 按木桶原理确定危险程度，即系统的危险程度由严重程度最高的危险源确 定。 1 4 本章小结 本章从理论和方法两个方面阐述了国内外安全评价理论的发展和目前的研究状况。 其发展趋势为： ( 1 ) 安全评价模型通用性增强，不再仅仅局限于某行业； ( 2 ) 以事实数据为基础，确定更能反映危险与控制这一矛盾运动过程动态性特征 的安全评价模型。 因此，本文根据其发展趋势确定了开滦煤矿安全性评价模型模糊m o d u l a r 神经 网络评价模型，将在以下章节展开详细的论述。 1 0 河北理工学院硕士学位论文 第二章开滦煤矿安全陆评价指标体系的构筑 煤矿安全性评价指标体系的构筑是建立安全性评价模型的第一步，同时也是整个评 价工作中很重要的一个环节。煤矿作为一个具有高度复杂性、不确定性、多层次性、开 放性的系统，涉及到安全的指标因素很多，而且各因素之间既相互依存又相互作用，既 相互促进又相互制约，如果我们将所有的因素一一分析，这样不仅工作量大，而且得到 的评价结果和矿山的安全状况也是不一致的，所以我们必须合理地选取安全评价指标， 单靠一个或几个指标是难以达到目的的，必须建立一个较为完备的、科学的指标体系， 使其既能充分地反映煤矿的安全状况，又能突出安全预防工作的重点。本章就是从这个 兔度出发构建了开滦煤矿的安全性评价指标体系。 2 1 建立安全性评价指标体系的原则 指标体系的建立主要是指选取指标与指标之间结构关系的确立。煤矿的安全性评 价，一方面要遵循安全评价的一般要求，另一方面还要充分考虑煤矿安全状况的特点， 为了全面地、科学地、客观地评价煤矿的安全状况，在研究和确定煤矿安全性评价指标 体系及评价方法上必须遵循以下原则： ( 1 ) 科学性原则：指标的选择、数据的选取以及计算必须以公认的科学理论为依 据。 ( 2 ) 定量与定性分析相结合的原则：为了对煤矿的安全状况进行综合评价，必须 将部分反映信息系统基本特点的定性指标定量化，规范化，最后再对定量化的结果定性 分析，使定量化的数据具有实际意义。 ( 3 ) 稳定性与动态性相结合的原则：反映煤矿安全状态的指标必须具有长期性和 稳定性的特点，同时煤矿的安全状态又是一个危险与控制的矛盾过程，所以，指标本身 必须具备动态性的特征。 ( 4 ) 层次性原则：指标具有层次性。直观性强，并且能为分析评价结果提供方 便。 ( 5 ) 可操作性原则：指标本身必须意义明确，而且指标的量化及数据搜集简单易 操作、可靠性强；指标必须是反映煤矿安全状况的综合指标或代表性比较强的。 河北理工学院硕士学位论文 ( 6 ) 可引导性原则：指标体系及评价过程的进行，目的在于引导煤矿的生产过程 走向安全这一目标，因此指标体系应体现安全生产的政策引导性，规范和引导未来煤矿 安全生产发展的趋势。 ( 7 ) 相对独立性原则：指标体系在满足煤矿安全评价的全面性和相关性要求的同 时，必须避免指标之间的重迭及显见的包含关系，对于隐含的相关关系，要在模型中用 适当的方法消除。 ( 8 ) 系统性原则：指标体系应能全面地反映煤矿的安全状况，从中抓住主要因 素，即能反映直接效果，又能反映间接效果，保证安全评价的全面性和可信度。 ( 9 ) 可比性原则：为了方便与同类煤矿的安全状况进行对比，指标数据的选取 与处理必须采用同一规范的方法。 2 2 煤矿安全评价指标体系建立的方法 用指标体系对煤矿进行安全性评价，其目的就在于寻求一系列具有典型代表意义， 同时又能反映安全性评价各方面要求的特征指标，这些指标及其组合能够恰当地表达人 们对煤矿安全状况的定量表示。因此，我们应该在定性分析和定量研究的基础上建立指 标体系。定性分析就是从安全评价的目的和原则出发，考虑评价指标的充分性、必要 性、可行性、稳定性以及指标体系与评价方法的协调性等因素，主观确定指标体系及评 价方法的过程。定量分析就是通过一系列检验，使指标体系科学化、合理化的过程。 2 2 1 开滦煤矿安全i 生评价指标体系的初选 指标体系的初选方法有两种：综合法和分析法【3 2 j 。 综合法是指在已经存在的诸多指标的基础上，对其按一定的标准进行聚类，使其体 系化的一种构造指标体系的方法。 分析法是指对分析目标和分析对象划分成若干个子系统，然后再细分，直到每一子 系统可以用具体的统计指标来描述、实现。对分析目标划分是指将分析目标划分成若干 个子目标或子子目标，然后每个子目标用若干个指标反映；对分析对象划分包括按对象 的运动过程和按对象的构成要素两种划分方式。 1 2 河北理工学院硕士学位论文 由于开滦集团公司下属各煤矿采用安全检查表法和百万吨死亡率评价煤矿的安全状 况，因此本文使用分析法选取开滦集团公司下属唐山矿、范各庄矿、荆各庄矿的安全性 评价指标体系。 1 开滦集团公司下属唐山矿、范各庄矿、荆各庄三矿的选取原则 开滦集团公司下属赵各庄矿、林西矿、唐家庄矿、唐山矿、马家沟矿、范各庄矿、 吕家坨矿、荆各庄矿、林南仓矿、钱家营矿和东欢坨矿共十一个矿，其中赵各庄矿、林 西矿、马家沟矿，还有实施破产的唐家庄矿由于资源枯竭，采煤业难以为继；吕家坨矿 由于1 9 8 4 1 9 9 7 年扩建造成安全管理信息资料的不连贯，获取指标的数据困难；钱家 营矿和林南仓矿投产时间分别是1 9 8 5 年和1 9 8 8 年，由于时间原因，缺乏一些指标的数 据；东欢坨矿始建于1 9 8 8 年，到1 9 9 7 年基本建设成为年产1 0 0 万吨的矿井，历史数据 太少；所以上述矿井不适合作为同一类煤矿进行安全性评价。 唐山矿、范各庄矿、荆各庄矿从大的方面讲，同属开滦集团公司经营管理，而且同 属唐山行政管辖，可以说三个矿所处的社会环境是一样的。 具体来讲，唐山矿、范各庄矿、荆各庄矿的采煤历史长久，经营规模大，安全管理 信息资料比较全面，而且服务年限长，具备安全评价的基础资料。 因此，三个矿可以作为同一类煤矿，选取同一类安全性评价指标体系。 2 开滦集团公司下属三个矿安全性评价指标体系的选取 煤矿作为一个生产系统，必不可少地包含生产力三要素：劳动者、劳动对象、劳动 工具。具体煤矿来讲，劳动者包括工人和管理人员，即为“人”，这里单指矿工；劳动 对象指各煤层及其周围自然环境，即为“环境”；劳动工具是指矿工采煤所使用的机械 设备及工具，即为“机”。显然，我们可以断定影响煤矿安全生产的因素就是人、机、 环境其中一种或几种的组合。所以，指标体系必然包括人、机、环境三大指标。另外， 煤矿发生的事故是由人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全因素中，其中一 种或任意两种甚至这三种的组合所引发的，所以将事故作为评价指标，和人、机、环境 并列，从事故发生的历史发展趋势评价未来系统的安全状态。同样，煤矿的安全管理水 平也不局限于入、机、环境其中任意一种的管理，因此选其和人、机、环境、事故并 1 3 河北理工学院硕士学位论文 列，即开滦集团公司下属三矿的安全性评价指标体系由人、机、环境、事故、安全管理 水平组成。 ( 1 ) “人”指标的划分 “人”即矿工，在煤矿的生产过程中是一切活动的主体，发挥着至关重要的作用。 但是由于“人”具有极大的可塑性和难以控制性，导致“人”经常在某些条件下发生不 安全性行为。研究表明，煤矿事故的6 0 - - 9 0 是由“人”由于心理、生理、安全经 验、安全意识、自身素质及精神状况等因素的影响而诱发不安全性行为导致的。 入的心理、生理、精神状态发生变化等具有很强的偶然性及不确定性；而且这些因 素个体性强，群体性差，我们无法确定事故的发生和其变化到底有多少必然性；另外， 获取这些指标的数据也很困难，因此，心理、生理、精神状态等不适合作为评价指标。 人的安全经验是很重要的，在突来危险的工作条件下，有经验的矿工至少可以避免 自身不会发生意外，还极有可能化解危险，避免事故的发生；而没有经验的矿工可能会 促发事故的发生。所以，理论上安全经验应作为评价指标，但在实际操作中无法获取数 据。事实上，人的安全经验是和人的工作年限成比例的，工作时间越长的矿工，经验就 越丰富，并且工作年限的数据极易取得。由此，本文使用工作年限反映安全经验的丰富 与否。 人的安全意识是和自身素质息息相关的，文化程度高、懂技术的人能够及时辨识危 险、排除危险及逃离危险。因此，矿工的文化素质也应该作为一个评价指标。 另外，不可忽视农民轮换工和协议工( 以下简称农民工) 对煤矿安全生产的影响。 他们绝大多数工作在煤炭生产第一线，一方面，他们缺乏专业知识，技术能力差，有可 能触发不安全因素，导致事故；另一方面，安全自保能力差，组织纪律性差，安全意识 能力低。所以有必要将农民工所占比例也作为评价指标。 至此，“人”指标下的子指标确定为：工作年限、文化素质、农民工所占比例。 ( 2 ) “机”指标的划分 “机”作为煤矿的劳动工具，衡量它的尺度是机械化水平。机械化水平的提高，虽 然引发了机电事故的发生，但从总体上来说，事故发生的次数呈现减少的趋势。因此， 机械化水平的高低对煤矿的安全状况有很大的影响，必然作为评价指标。 1 4 河北理工学院硕士学位论文 在三矿中，机械化水平的计算公式为：机械化水平= 综采比例+ 高档酱采比例。综采 生产大大减少了生产第一线工人人数，提高了作业安全性，避免了许多顶板事故，是煤 矿发展生产力的重要途径，是矿井生存和发展的主要动力，其水平的高低标志着煤矿现 代化生产的程度：高档普采也属于机械化生产方式，直接影响煤矿的机械化程度及安全 生产。所以综采比例，高档普采比例，也应当作为评价指标。 另外，设备完好率是反映采煤机械设备技术状态的重要指标。计算公式为： 1 一只冗1 0 0 式中：只：设备的完好数量； 只：设备的总数量。 如果设备完好率大于9 0 ，为设备完好，随时都可以安全可靠地投入使用；在 7 0 - - 9 0 时，属基本良好，临时出现故障，能在短期内修复，不影响正常生产；小于 7 0 ，设备严重缺陷，技术性能不良，不能保证安全生产。由于三个矿定期对设备检查 维修，其设备完好率基本都大于7 0 ，因此设备完好状况对安全状态的影响可以忽略。 所以“机”的子指标为：机械化水平、综采比例、高档普采比例。 ( 3 ) “环境”指标的划分 环境是一个复杂的指标，不同的矿山有不同的特点，但水、火、瓦斯、煤尘和顶板 五大自然灾害是所有煤矿普遍存在的安全隐患，只不过有一种或几种比较突出罢了。就 开滦集团公司下属唐山矿、范各庄矿、荆各庄矿来说，顶板、瓦斯和火是其主要灾害。 对于顶板来说，评价它的性质可以有四个方面：顶板围岩的水理性质、稳定性系 数、开采深度和单轴抗压强度。 岩石水理性质：水对软岩的强度有重要的影响，不少软岩浸水后。强度急剧下降， 甚至立即碎裂或泥化。 岩石单轴抗压强度( r c w ) 为划分岩石坚硬度的指标。按r e w 值将软岩划分为较 软岩( r o w = 3 0 , - 1 5 m p a ) 、软岩( r c w = 1 5 - 5 m p a ) 和极软岩( r c w i 0 ；不稳定巷道；1 o s o 6 ；较不稳定巷道：0 6 s 0 4 ；中等稳定巷道： o 4 s 03 ；稳定巷道：s o 3 。 开采深度：巷道围岩应力随开采深度增加而增大，开采深度每增加1 0 0 米，巷道围 岩移近量占原始高度的百分率增加6 8 。由此可见，开采深度对软岩巷道顶板压力显 现影响很大。 对于瓦斯，涉及因素很多，包括内在组成因素，如煤层瓦斯含量、瓦斯涌出状况 等，和外界环境因素，如引火源、瓦斯环境等。其危险状态不是单独某一因素引发的， 而是内在组成因素和外界因素的有机结合，通过相互制约、相互联系，最终决定瓦斯的 存在状态。从这个角度讲，瓦斯可以划分为子指标，但是这些子指标带有很强的个体陛 及难以获取数据，和2 1 讲述的选取指标的原则不一致。而瓦斯突出的情况，从瓦斯涌 出量的角度也能反映瓦斯安全与否的状态，所以我们取瓦斯突出对瓦斯状态进行总体评 价。 对于“火”主要是指煤的自燃倾向性，可以说，煤具有自燃倾向性是煤炭着火的一 个重要原因。从微观上讲，煤具有自燃倾向性是因为具有表面活性分子结构的缘故。而 不同种类的表面活性分子结构即使在相同条件下与氧气发生作用，其强弱也有所不同， 反映速度也不一样。对于同一煤层的煤分子，不仅活性分子结构种类繁多，而且每一类 活性分子结构的数量也不一样。另外，不同煤层之间不仅表面活性分子结构的种类组成 可能不同，而且活性分子结构的总量也可能不同。煤分子是由许多相似而不相同的结构 单元，通过各种桥健连结而成的复杂大分子，这也就决定了煤分子中活性分子结构的种 类和数量的复杂性，这个复杂性表现到宏观上就反映出煤自燃倾向性的差异。所以，煤 的自燃倾向性作为评价指标。从以上分析，我们不难知道决定煤自燃倾向性的因素为表 面活性分子结构的种类和数量及每类所占比例，但是事实上，我们无法知道煤分子中到 底有多少种表面活性分子结构以及它们的个数，更不要说每类所占比例了。我们只能用 煤的自燃倾向性进行宏观评价。 ( 4 ) “事故”指标的划分 在煤矿的生产中，事故的发生是必然的。随着社会的发展，工人素质不断提高，生 产工艺、生产条件也明显地不断得到改善，安全措施也日益完善起来，死亡人数呈现不 1 6 河北理工学院硕士学位论文 断减少的趋势。但是，由此并不能说明媒矿的安全状况已经不再存在问题，相反，我们 应该投入更多的人力、物力、财力，加大这方面的研究力度。现在煤矿发生的事故基本 呈现如下趋势：重大恶性事故基本得到有效控制，发生次数减少；零星事故发生频率 高，死亡人数虽少，受伤人数却多，而且影响生产过程的正常进行，给企业带来一定的 经济损失。开滦集团公司从1 9 9 1 年到2 0 0 0 年的十年间，共发生各类零星事故1 8 1 起， 占事故起数的9 6 6 9 0 。鉴于此，我们从以下四个方面对其进行评价：重大事故的发生 次数、死亡人数、重伤人数和造成的经济损失。这些指标从不同的角度反映了目前煤矿 安全生产中存在的问题及隐患，而且符合指标选取原则。 ( 5 ) “管理水平”指标的划分 安全性评价需要评价入、机、环境、事故等四个方面的危险因素，但管理是渗透到 人、机、环境、事故各方面的，而且可以通过加强管理来消除人、物、环境、事故的危 险因素或使危险因素受控，再加上人、机、环境、事故中存在着很多潜在的危险因素， 因此对管理进行评价是必要的，这样有利于从管理的角度对人、物、环境的危险因素进 行分析，找出管理上的漏洞，对企业改进工作具有指导意义。本文从以下四个方面对开 滦集团公司下属唐山矿、范各庄矿、荆各庄矿的管理水平进行评价： 领导重视程度：领导对安全的重视程度是很重要的，关系到安全资金投入的多少， 安全检查制度是否健全，安全措施是否完善。 安全思想教育次数：在煤矿安全生产中经常存在一些消极思想，如唯心主义思想、 临时思想、经验主义思想、麻痹主义思想、侥幸思想等，对安全生产造成严重的威胁。 成为煤矿安全生产的主观隐患。因此，有必要对职工进行安全教育。安全思想教育的任 务是研究职工思想情绪发展变化的规律，对职工的思想及情绪加以正确引导，从而促进 安全生产。其重点是，帮助职工提高心理素质，克服侥幸心理、自卑心理，提高自信 心，抑制情绪波动。 安全管理部门能力：衡量安全管理部门的能力是以安全管理部门的职责为基础进行 的。