（安全技术及工程专业论文）煤矿安全现状综合评价方法研究.pdf

河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ci m p o r t a n ta n db a s i cp o s i t i o nw a sa n a l y z e da b o u tt h ec o a li n d u s t r yt ot h en a t i o n a l e c o n o m yw i t ht h ea d d i t i o no ft h es a f ea c t u a l i t yi nt h ec o a lm i n e ，a n dt h ek e y p o i n to ft h e c o a ls a f e t yt ot h ec o n t i n u i n gd e v e l o p m e n to ft h ec o a li n d u s t r yw a sp o i n t e d a c c o r d i n gt o t h ed e e pp r o b l e m se x i s t i n gi nt h es a f ep r o d u c t i o na n dt h es a f em a n a g e m e n ta n da s s e s s m e n t o ft h ec o a lm i n e ，t h er e s e a r c hp r o j e c to ft h ec o m p o s i t i v ea s s e s s m e n tm e t h o do ft h es a f e a c t u a l i t yi nt h ec o a lm i n ew a sp r o p o s e d t h o u g ha n a l y z i n gt h es a f ea s s e s s m e n tm e t h o d so f t h ec o a lm i n e sh o m ea n da b r o a di nr e c e n ty e a r s ，t h e i rc h a r a c t e r sa n da p p l i e df i l e dw e r e r e f e r r e d ，a n db a s e do nt h et h e o r yo ft h ec h e c k u pt a b l em e t h o da n dt h ei n d e xa s s e s s m e n t m e t h o d ，t h ea s s e s s m e n tm e t h o do fc o m p o s i t i v ee x p o n e n ta d a p tt ot h es a f ea c t u a l i t yo ft h e c o a lm i n ew a sp r o p o s e d i na l l u s i o nt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dr o l e so f t h ea c c i d e n tc a s e so f t h er u t a lc o a lm i n e s i nr e c e n tf e wy e a r s ，t h em a i nd i s a s t e rt y p e sa r ep r o d u c e d ，w h i c hi n c l u d eg r i m e ，m e t h a n e ， r o o f , f i r e ，w a t e r ，m a c h i n e r ya n dt r a n s p o r t a t i o n a c c i d e n t sa n dd e t o n a t o ra c c i d e n t s c o n s i d e r i n gs y n t h e t i c a l l yt h ef a c t o r si n d u c i n gt ot h e s es e v e nd i s a s t e r sa n db a s e do nt h e t h e o r yo ft h ea s s e s s m e n tm e t h o do fc o m p o s i t i v ee x p o n e n t ，t h ei n d e xs y s t e mo ft h em i n e a s s e s s m e n tw a sd e s i g n e d ，w h i c hm a d et h ed i v e r s i f i e di m p o r t a n tf a c t o r so ft h ep r o d u c t i o n i nt h ec o a lm i n ec l e a ri nt h ei n d e xs y s t e mo ft h em i n ea s s e s s m e n t t h ec h a n g em a g n i t u d e r a t i oo ft h ei n d e xs y s t e mo ft h em i n ea s s e s s m e n tw a sr e s o l v e db yt h el a y e r e da n a l y s i sa n d t h ec h e c k u pt a b l eo ft h ed i v e r s i f i e da c c i d e n tw a sc o n s t i t u t e dl i n kt ot h ep e c u l i a r i t yo ft h e a c c i d e n t so ft h er u r a lc o a lm i n ea tt h es a m et i m e o nt h eb a s i co ft h et h e o r ya n a l y s i s ，t h e a s s e s s m e n ts y s t e mo ft h es a f ea c t u a l i t yi nt h el o c a lm i n ew a sc o m p i l e dw i 吐1t h ev b w h i c h r e a l i z e dt h ev i s i b l eo p e r a t i o no ft h es a f e t ya s s e s s m e n t ，p r e d i g e s t e dt h ec a l c u l a t i o nw o r ko f t h es a f e t ya s s e s s m e n ta n da c h i e v e dt h ea n t i c i p a t i v ep u r p o s eb yt h ea p p l i c a t i o n t h ea s s e s s m e n tm e t h o do f c o m p o s i t i v ee x p o n e n ta d a p t st ot h es t a t ec o a lm i n e sa sw e l l ， w h i c ha r et h es a m ea st h er u r a lc o a lm i n ei nt h eb a s e dp r i n c i p l eo ft h ea s s e s s m e n ti n d e x s y s t e ma n dt h ed i s p o s a lm e t h o do fm a g n i t u d er a t i oo nt h ea s s e s s m e n tp r o c e s s ，e x c e p tt h a t t h e 5 m u s tc o n s i d e r t h e f o s s i c k i n gm e c h a n i z a t i o n ，t h ec o m p l e xo f t h e u n d e r g r o u n d p r o d u c t i o ns y s t e ma n ds oo n ，w h e ne s t a b l i s h i n ga s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m f i g u r e ：t w e n t yt a b l e ：t w e n t y t w or e f e r e n c e ：f i f 哆一s i x k e y w o r d s ：c o a lm i n e ；a s s e s s m e n to ft h es a f ea c t u a l i t y ；m e t h o do fl a y e r e d a n a l y s i s ；a s s e s s m e n ti n d e x c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t d 7 2 ；71 2 9 8 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 河北理工大学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：强囊垒日期：逝坚年皇月上日 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：滏墓窒导师签名：碰日期：巡年尘月卫日 引言 引言 我国已成为世界矿业大国，其体系的完整性、矿种的齐全性、储量以及产量均 居世界前列。 从世界能源开发和利用来看，煤炭在所有矿产资源中无论是储量、产量还是消 耗量都占有相当重要的地位。自1 9 世纪下半叶以来，煤炭一直是人类生存的主要能 源，我国处在世界煤炭生产大国前列。 我国是一个“缺油、少气、富煤”的国家，能源结构决定了在相当长的历史时 期内仍然以煤炭作为重要的能源和燃料，与世界相比，在我国能源中，煤炭占有特 别重要的地位，占消耗总量的7 0 左右。最近的研究结果表明，在相当长的时期 内，我国的能源状况不会改变”i 。中国能源资源的种类分布，如表1 所示。 表1 中国能源资源种类分布表 t a b l el d i s t r i b u t i n go f e n e r g ys o u r c e si nc h i n a 我国是世界煤炭生产大国，然而我国却是世界上煤炭安全生产水平最差的国家 之 。安全生产最主要的指标就是事故发生率和百万吨死亡率。2 0 0 3 年我国煤炭产 量是1 7 亿吨，因煤矿事故造成死亡6 4 3 4 人，百万吨死亡率接近4 ；在产煤大国 中，美国2 0 0 3 年原煤产量为1 0 亿吨，仅死亡5 0 人，百万吨死亡率为o 0 3 9 ；俄罗 斯为0 3 4 ，南非为0 1 3 ，中等发达国家一般为0 4 。我国煤矿企业生产状况亟待解决 ”l 。1 9 9 0 - 2 0 0 3 年我国煤矿百万吨死亡率变化趋势，见图1 。 1 9 9 01 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 71 9 9 91 0 9 9 2 0 0 02 0 0 i2 0 0 22 0 0 3 图l1 9 9 0 - 2 0 0 3 年我国煤矿百万吨死亡率变化趋势图 f i g it r e n do f t h ed e a t hr a t ep e lo n em i l l i o nc o a li nc h i n a ( i9 9 0 2 0 0 3 ) 河北理工大学硕士学位论文 目前我国有2 6 万个煤矿，其中2 3 万个乡镇煤矿，其产量有6 亿吨，占1 3 强，2 0 0 4 年上半年煤矿事故造成死亡2 6 6 8 人，乡镇煤矿死亡1 9 5 2 人，占7 3 2 ， 百万吨死亡率达到6 6 7 。由于近几年煤炭供应紧张，煤炭价格持续上涨，为了追求 经济利益，部分煤矿加大开采强度，超能力生产，导致煤矿安全形势更加严峻，乡 镇煤矿显现的问题更为突出。乡镇煤矿事故频发的主要原因是受生产水平限制，没 有达到采掘机械化，不能实现生产的集约化，并且挖掘浪费严重；从安全的角度来 说，其安全投入少，基础设施薄弱，从业人员素质低，管理混乱等。 为了减轻煤矿灾害事故对国家和人民的生命财产造成的损失，贯彻“安全第 一，预防为主”的国家安全生产基本方针，各级煤矿安全监察机构通过安全大检 查，对不符合国家政策和地方法律法规、安全措施不健全、生产系统不合理的乡镇 煤矿进行关闭或停产整顿，这对搞好煤矿安全生产起到很大的推动作用p i 。例如， 2 0 0 3 年，河北煤矿安全监察局下发冀煤安监 2 0 0 3 1 7 号和1 8 号文，要求河北省 内所有煤矿委托安全评价中介机构进行安全现状评价，依据评价结果对不合格的煤 矿进行治理整顿。 通过对煤矿企业进行安全评价，可以从系统设计、生产现状等过程中对事故和 事故隐患进行科学分析，针对煤矿生产过程中诱发事故的各种隐患进行等级划分， 对煤矿安全生产现状做出科学的评价，依据评价结果制定相应的防范措施，使事故 发生的可能性降为最小；可以用最少的投资达到最佳安全效果；可以促进各项安全 标准制定和可靠性数据积累 4 1 ：可以迅速提高安全技术人员业务水平：有助于政府 安全监督管理部门对煤矿企业实行宏观控制，实现煤矿企业的安全生产。 目前用于煤矿安全评价的方法主要是检查表法，评价因子权重的确定方法缺乏 现实依据，评价过程中数据处理方法也不太合理，评价结果带有很强的主观性。由 于乡镇煤矿存在的问题比较突出，给国家和人民的生命财产造成的损失越来越严 重，因此，本文以乡镇煤矿为例，寻求一种实用性强、准确性高、简单、易操作的 评价方法，实现煤矿安全现状评价的客观性和公j f 性。该方法同样适用于固有煤 矿，只是建立国有煤矿评价指标体系时要充分考虑国有煤矿灾害事故的结构特点。 1 文献综述 1 1 安全评价概述 1 文献综述 安全评价是利用系统工程方法对拟建或已有工程、系统可能存在的危险性及其 可能产生的后果进行综合评价与预测，并根据可能导致事故风险的大小，提出相应 f 勺安全对策措施，以达到工程、系统安全的过程。安全评价应贯穿于工程、系统的 设计、建设、运行和退役整个生命周期的各个阶段列。对工程、系统进行安全评价 既是企业、生产经营单位搞好安全生产的重要保证，也是政府安全监察管理的需 要。 安全评价【6j ，在国外也叫“风险评价”( r i s ka s s e s s m e n t ) ，简称r a 。安全评 价是指运用定量或定性的方法，对建设项目或生产经营单位存在的职业危险因素和 有害因素进行识别、分析和评估，找出事故隐患，然后消除或减少危险性，使危险 降低到人们可以接受的水平。 根据工程、系统生命周期和评价目的，把安全评价分为安全预评价、安全验收 评价、安全现状评价和专项安全评价四类n 本文论述的安全评价系统属于安全现状评价，针对煤矿生产过程中的安全现状 进行的定量评价。以煤矿生产中煤尘、瓦斯、顶板、机电运输、放炮、火灾和水灾 等7 种事故的诱发因素为评价因子，通过数学模型来计算矿井安全现状最终分值， 依据该值划分矿井安全等级。 1 2 煤矿安全评价的现状和发展 121 国外煤矿安全评价概况 安全评价技术起源于2 0 世纪3 0 年代，是随着保险业的发展需要而发展起来 的。保险公司为客j 。承担各种风险，必然要收取一定的费用，而收取费用的多少是 “ 所承担风险大小决定的i 0 1 。因此，就产生了个衡量风险大小的问题，这个衡 量风险程度的过程就是当时的美国保险协会所从事的风险评价。 系统安全工程的发展和应用，为预测、预防事故的系统安全评价奠定r 可靠的 瑟础。安全评价的现实作用又促使许多国家政府、生产经营单位加强对安全评价的 3 河北理工大学硕士学位论文 研究，开发自己的评价方法，对系统进行事先、事后的评价，分析、预测系统的安 全可靠性，努力避免不必要的损失。 1 9 7 4 年由英国化工协会制定的优良可劣评价法开始对煤矿企业安全状况进行评 价，并制定了企业安全活动评价标准，把煤矿的组织管理、安全操作规程、工 作人员选用，灾害事故处理计划等生产活动定性地划分为优、良、可和劣四个等 级，依据被评价矿井生产现状作出定性的评价1 1 1 1 。 1 9 7 6 年在日本隧道工程安全评价中使用的矿山工程安全评价方法开始在煤矿企 业应用并得到了发展。矿山工程安全评价方法是对各主要危险源分别给出不同的评 价函数，根据情况确定评价函数中评价因子的取值，然后计算评价函数的函数值， 最后根据函数值的大小进行危险分级，并采取适当的防范措施 t 2 1 。该方法把煤矿中 瓦斯、水、火和顶板作为评价指标，建立瓦斯爆炸评价函数、水灾评价函数、火灾 评价函数和冒顶评价函数，根据四个评价函数的得分，并对照危险性分级表确定矿 井的危险等级。 1 9 7 7 年美国颁布联邦矿山安全与健康法，内容以“井下煤矿法定安全暂行 标准使用范围”为主，包括了煤矿的详细检查标准：从设计到施工、从开工到报 废、从地面到井下、采煤、掘进、通风、瓦斯、煤尘、防火、治水和环保等。此 外，各州政府还根据各自情况，制定本州的法规，作为补充，加强了对煤矿的检查 力度i n i 。法制化的轨道，使煤矿安全状况明显改善，进入9 0 年代，煤矿事故继续减 少，保持世界最好水平。 欧共体1 9 8 2 年颁布关于工业活动中重大危险源的指令，欧共体成员国陆续 制定了相应的法律；国际劳工组织( i l o ) 也先后公布了1 9 8 8 年的重大事故控制 指南、1 9 9 0 年的重大工业事故预防实用规程，这些法规都对安全评价提出了 严格的要求1 4 ”i 。 随着现代科技的迅速发展，特别是数学方法和计算机科学技术的发展，以模糊 数学为基础的安全评价方法得到了发展和投入应用，并拓展了原有的方法和应用范 幽，如模糊故障树分析、模糊概率法等1 1 6 1 7 i 。应用计算机专家系统、决策支持系 统、人l ：神经网络技术，对生产系统进行实时、动态的安全评价等”i 。 目f j h 国外煤炭d 【k 安全评价领域，具体的研究和应用主要集中在以下几个方 1 血：1 ： 1 矿l l 】安全评价主要以概率风险评价为基础l ”们。就是把矿井生产系统中隐患 甘致事放的概率与隐患造成损害的乘积作为系统状态的危险度，隐患发生的概率和 1 文献综述 造成的损害经过统计数据获得。但是对于隐患发生的概率和损害统计不够仔细，缺 乏实用性，且只讨论了这些数据的模糊性问题。其它的安全评价方法，如r v 罗曼 尼教授提出的以韦布尔分布确定事故平均周期、每天的危险率、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一机为 主的安全评价和灾害预测以及日本的隧道安全评价法等。从文献资料来看，国外的 矿山安全评价尚停留在研究阶段，既没有达到实用阶段，也没有达到其他行业的应 用和发展水平。 2 在伤亡事故统计方面，包括损失时间、职业病、死亡、重伤、轻伤以及与其 他的因素相关并建立了工伤数据库等。其中有代表性的是美国宾夕法尼亚州r v 罗 曼尼教授所研究的评价危险和安全工伤事故类型分析、工种和工伤源的分析、致伤 的身体部位、致伤的程度、可靠性分析和经济分析等，以便深入分析和确定事故的 原因和呵能的消除办法。 3 数据库与计算机技术在生产系统安全评价工作中得到较大范围的推广和应 用。应用这些技术实现对评价对象的客观存在属性、危险物质的物理化学指标数 据，系统运行过程状态的历史数据，系统已有的灾变种类、原因、发展态势及发生 过程等有效数据的计算管理，为准确地确定评价过程中的有关参数、合理地推测系 统可能的危险灾害模式及其存在形态提供了现代化的技术手段。人工智能技术和安 全评价技术的结合使得安全评价过程的判断、推理和边界条件的确定成为可能，为 建立新的安全评价方法结构体系创造了有利条件，对安全评价技术手段而言，这无 疑是一场新的技术革命。如1 9 8 2 年英国t e c h n i c l t d 公司开发完成易燃、易爆、 毒性物质评价软件包，到1 9 9 1 年有2 5 个子系统运行成功，其中含1 2 类事故模型。 4 安全评价过程中的局部关键技术得到了较快的发展。在安全评价的系统理论 和方法发展的同时，局部关键技术丌发得到了足够重视。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，以及可提供系统安全性评价借鉴的概率 估计方法川。 22 国内煤矿安全评价现状 1 9 8 2 年，原煤炭工业部制定并颁布了矿井通风质量标准及检查评定办法， 作为矿井通风安全管理部门的检查标准；1 9 8 6 年，原煤炭工业部制定了生产矿井 质量标准化标准，作为煤炭行业标准实行，后于1 9 9 4 年进行了修订，其内容包括 采、通j x l 、运输、瓦斯、掘进，是目前煤矿使用最多的评价标准。煤矿安全评价 河北理工大学硕士学位论文 技术的研究与开发大部分集中在高校，其研究内容主要集中在管理信息系统和安全 评价的基础工作，对安全评价的理论和技术等尚不够深入。冶金行业曾经在行业内 进行过安全管理和评价工作的调查，煤炭系统进行了类似的安全评价和信息系统运 行状况调查。然后，煤炭行业利用计算机在一些效益好的矿区来分析安全信息和安 全评价【”i 。 1 9 9 7 年以后，各级煤矿安全监察机构丌始对全国范围内的煤矿进行安全评价工 作。国务院机构改革后，国家安全生产监督管理局重申要继续做好建设项目安全预 评价、安全验收评价、安全现状评价及专项安全评价2 引。国家安全生产监督管理局 陆续发布了安全评价通则及各类安全评价导则，对安全评价单位资质重新进行 了审核登记，并通过安全评价人员培训班和专项安全评价培训班，对全国安全评价 从业人员进行培训和资格认定，使得安全评价更加有章可依，从业人员素质大大提 高，为新形式下的安全评价工作提供了技术和质量保证。 2 0 0 3 年，国家煤矿安全监察局在全国范围内开展安全现状评价工作，并印发了 安全现状评价导则，要求各省级安全监察局组织本省内各类煤矿开展安全评价 工作，并对安全评价进行监督和管理。2 0 0 3 年3 月，河北煤矿安全监察局f 发冀煤 安监e 2 0 0 3 1 7 号和1 8 号文，要求河北省内所有煤矿委托安全评价中介机构进行 安全现状综合评价，对矿井自然安全条件、安全管理、通风、防瓦斯、防治水、防 灭火、顶板、机电、运输和爆破等1 0 个大项1 0 3 小项进行评价打分，依据评价结 果，把煤矿安全现状划分为a 、b 、c 、d 四个级别，c 级、d 级为不合格矿井，要 求停产整顿。 2 0 0 4 年，全国有8 3 4 的煤矿开展了安全现状综合评价。河北煤矿安全监察局 f 发冀煤安监- 2 0 0 4 6 5 号文，并印发了河北省煤矿安全评价标准，该标准对 煤矿的矿井自然安全条件、安全生产条件和安全管理三大项进行评价打分，依据评 价结果，把煤矿安全现状划分四个安全等级，达不到要求的煤矿要求治理整顿。 尽管困内外已研究丌发出许多评价方法和商业化的安全评价软件包，但由于安 令评价不仪涉及自然科学，而且涉及管理科学、逻辑学、心理学等社会科学的相关 知识，另外，安全评价指标及其权重值的选取与生产技术水平、安全管理水平、生 产者和管理者的素质以及社会和文化背景等因素密切相关。因此，每种评价方法都 有定的适用范围和限度f 2 。 6 1 文献综述 】3 煤矿安全评价方法综述 目前国内外煤矿常用的安全评价方法主要是安全检查表法和指数评价法，概率 风险评价法、模糊评价法和神经网络评价法在少数矿区也曾使用过。 1 安全检查表法 将被检查对象事先加以分析，把大系统分成若干个子系统，然后确定检查项 目，以打分的方式，将检查项目按系统顺序编制成表，以便有针对性地进行检查和 评审，这种方法的实质就是根据评价者的经验和判断能力对系统及周围环境的现行 状态进行评价。1 9 9 9 年煤炭工业部制定的全矿井安全综合评价表，包含了矿井综合 管理评价表、矿井开采安全性评价表、矿井通风安全性评价表、井下供电安全性评 价表、提y l 运输安全性评价表和爆破安全性评价表0 2 5 i 。2 0 0 3 年河北省煤矿安全现状 综合评价表涉及煤矿安全管理、通风、防火、防瓦斯、提升等十个大项。2 0 0 4 年河 北省安全现状评价表包括安全生产基本条件、矿井自然安全条件和安全管理三项。 安全检查表法有下列优点： ( 1 ) 能够事先编制表格，因此有充分的时间组织有经验的人员列举系统及其周 围环境的评价指标，做到相对系统化、完整化和准确化，而不至于遗漏可能导致危 险的关键因素； ( 2 ) 可根据规定的标准、规范和法规，检查执行的情况，做出相应的评价； ( 3 ) 表的形式逐项列出，逐项检查，逐项赋值，表内还可注明需要改进的措施 及要求，定期检查改进情况； ( 4 ) 容易掌握，易于实现“群众管理”，可以随着科学技术的发展和标准、规 范的变化而不断修改完善。 这种评价方法存在的问题是表的编制及评价结果含有相当高的经验成分，专家 凭主观意识柬确定权重及其指标值，因此，评价结果带有很大的主观性。 2 指数评价方法 指数评价方法是美国道化学公司首创的、比较成熟的评价方法。它丌创了化工 企业危险性定量评价的先河。这种方法以物质系数( 表述物质由燃烧或其它化学反 应引起的火灾、爆炸过程中释放能量大小的内存特性) 为基础，另外考虑对特定物 质、一般工艺或特殊工艺的危险修正参数，求出火灾爆炸指数，然后根据火灾爆炸 指数的大小来划分危险程度级别“i 。 河北理工大学硕士学位论文 1 9 8 2 年，原煤炭工业部制定并颁布了矿井通风质量标准及检查评定办法就 是由指数评价方法演化而来的。国内外使用的矿井瓦斯危险状态评价方法和煤尘危 险状态评价方法就是把工作面瓦斯浓度和井下粉尘含量作为评价模型的指数或系 数，然后由数学模型计算矿井的危险状态。 指数评价法是一种比较成功的评价方法，解决了有关行业的许多安全问题。但 其评价参数取值范围过宽，选用时缺乏统一的标准，因而难于保证评价结果的精 度。英国帝国化学公司的蒙德法就是对道化学公司的火灾爆炸指数法的补充和完 善，其最大的局限性是难以保证综合危险性指标修正结果的准确性。该方法有如下 特点： ( 1 ) 采用指数表征危险物质的危险程度，避免了灾变的概率及后果严重程度难 以确定的问题； ( 2 ) 这类方法均以系统中的危险性物质为评价对象，对管理因素如人的作用分 析考虑较少： ( 3 ) 指数的确定只与危险物质的指标设置有关，忽略了指标因素的客观存在状 态，因此，其灵活性较差； ( 4 ) 评价中模型对系统安全保障体系的功能重视不够，特别是危险物质和安全 保障体系间的相互作用关系未予考虑。评价之初就有风险意义的指标值，使得评价 后期对系统的改进显得非常困难； ( 5 ) 这种评价方法主要适用于企业或工程设计阶段的评价。 3 其它评价方法 ( 1 ) 概率风险评价法：该方法强调危险模式及概率分析，难于评定系统的安全 水平，它比较适用于一次事故也未发生的系统、安全性受到世人瞩目的系统、一旦 发生事故就会造成世界性灾难的系统，适用于结构和定义都很明确的系统i ”i 。 ( 2 ) 模糊评价法：浚方法主要是在对危险性进行详细分析的基础上，运用模糊 数学的理论与方法，钊对统计资料的缺乏及影响因素的不确定性，将影响因素进行 模糊化处理。目前主要的模糊评价方法有模糊综合评价方法和模糊聚类分析法i “i 。 ( 3 ) 神经网络法：由于计算机和神经网络技术的迅速发展，其对解决安全评价 过程叶i 问题的能力和算法都大大得到改善和加强。尽管这类方法在安全性评价的系 统耻沦和原理方面较前面叙述的评价方法并没有本质上的突破，但是作为评价过程 t q 新技术和新方法，其发展的速度、方法的优越性和应用潜力已经十分突出。在 i d 莳条件下，这类方法以指数法和概率风险法等为评价主体，确定数值模拟方法， i 文献综述 建立危险物质、设旌、装置和环境的结构特性参数以及数值模拟结果的数据库，应 用人工智能专家系统实现安全评价过程中的判断、推理、决策过程，确定有关的安 全系统结构参数，使评价过程中的计算和推导变的简单、易于操作。但是神经网络 的编码和评价模型的建立都相当复杂，不容易掌握，而且这种方法主要用于解决离 散系统的安全评价i ”i 。 1 4 目前煤矿安全评价方法的缺陷 煤矿除了煤矿安全规程及其相配套的执行说明作为生产过程中的结果 控制外，基本上没有系统且完整的安全评价指标体系和评价系统，由于煤矿安全 规程着重于生产系统安全表征结果的规定，如瓦斯浓度的上限、巷道风速上限和 f 限、隔爆设施的安装位置等。没有从人一机环境系统理论出发，确定发生这些结 果的原冈以及发展过程，分析各因素存在的危险状态，因而就无法建立系统的评价 体系，得到矿井的安全状态。 目前在煤矿行业内的安全大检查，主要借助于安全检查表法，在检查过程中普 遍使用检查组成员打分的评价方法，该方法包含的不等权理论，相对传统的定性方 法是一个改进和完善。但是，一旦各因素权重确定，整个检查评价过程就是定权评 价的过程，这种检查评价方法存在着严重的缺陷。因此，结果也不能令人满意，具 体反映在以下几个方面： ( 1 ) 评价过程中的绝对性问题 ( 2 ) 评价过程中的主观性问题 ( 3 ) 评价实施过程中运作的难度问题 煤矿井下生产系统蕴涵着由人一机一环境构成的、空间分布极其复杂的灾害系 统。各利一灾害事故发牛的机理各异，引起事故的因素却相互关联，在时间、空叫上 各种灾害市故l 叮随时随地发生，且互相影响”i 。事先获得各种事故的可能后果及其 对整个生产系统的影响，从而使技术和安全管理部门制定有针对性的措施，达到安 伞生产的目的。从评价方法的原理与具体算法角度分析，大多采用传统的理论方 法，或借用其它行业的现有技术来处理煤矿的特殊问题。生产现场大量的管理经验 证明，只依靠传统的方法和思路对于具有特殊情况的煤矿安全问题很难做到定量、 有效的评价p “。因此，如何结合煤矿生产系统的特点，建立有效的评价理论和方法 来评价矿井生产系统的危险程度是一个迫切需要的新课题。 河北理工大学硕士学位论文 2 1 评价方法的确定原则 2 评价方法的确定 在进行安全评价时，应该在认真分析并熟悉被评价系统的前提下，选择安全评 价方法。选择安全评价方法应遵循充分性、适用性、系统性、针对性和合理性的原 则【”i 。 1 充分性原则。充分性是指在选择安全评价方法之前，应该充分分析评价系 统，掌握足够多的安全评价方法，并充分了解各种安全评价方法的优缺点、适应条 件和范围，同时为安全评价工作准备充分的资料，也就是说，在选择安全评价方法 之前，应准备好充分的资料，供选择时参考使用。本文已对目前煤矿安全评价常用 的安全检查表法、指数评价法、概率风险评价法、模糊评价法以及神经网络评价法 进行了详细分析，指出了各自的特点和适用范围。 2 适应性原则。适应性是指选择的安全评价方法应该适应被评价的系统。被评 价的系统呵能是由多个子系统构成的复杂系统，各子系统的评价重点可能有所不 同，再种安全评价方法都由其适应的条件和范围，应该根据系统和子系统、工艺的 性质和状态，选择适应的安全评价方法。 3 系统性原则。系统性原则是指安全评价方法获得可信的安全评价结果，是必 须建立真实、合理和系统的基础数据之上的，被评价的系统应该能够提供所需的系 统化数据和资料。 4 针对性原则。针对性是指所选择的安全评价方法应该能够提供所需的结果。 由1 二评价的目的l i 同，需要安全评价提供的结果可能是危险有害因素识别、事故发 生的原因、事故发生概率、事故后果、系统的危险性等，安全评价方法能够给出所 需要的结果才。能被选用。 5 合理性原则。在满足安全评价目的、能够提供所需要的安伞评价结果的前提 f ，、i 该选择计算过程最简单、所需基础数据最少和最容易获取的安全评价方法， 使安全评价工作量和要获得的评价结果都是合理的，不要使安全评价出现无用的工 作和不必要的麻烦吲。 1 0 2 评价方法的确定 2 2 评价方法的确定 煤矿是一个采矿工程、地质条件、自然环境和人的生产活动共存的复杂系统。 其灾变既有人为的因素，同时也有自然环境的因素，单纯地借用目前只适用人工系 统或自然系统的方法评价煤矿灾害系统的危险性程度是不可行的0 3 4 埘1 。因此，选择 评价方法时要严格遵循上述原则，保证评价结果的客观性和公正性。 综上所述，每个评价方法都有各自的适用范围、优点和缺点。本文选择矿井安 全评价方法不是寻求深度、难度，而是寻求简单、适用、可操作性强的方法，减少 评价的主观性，增加评价的客观性。尤其是解决多因素变权问题的动态求解问题， 克服因素权重由专家打分、人为确定方法的缺陷，选择的评价方法适合煤矿现场应 用，其评价结果能够客观的反映矿井的安全现状。根据问题选择方法，不是方法选 择问题的选择原则进行。由于矿井的安全状态涉及的因素众多，必须建立一套能从 总体上反映评价对象本质的指标体系。然后将各指标合成一个能总体上衡量矿井危 险的综合指标。因此，选择综合指数评价法作为矿井安全现状评价方法。 本文所论述的综合指数评价方法是融合安全检查表法和指数评价法的优点，并 借助于计算机语言而形成的一种矿井安全现状评价方法。 综合指数评价法可以进行多层次的评价，也可以对煤矿进行单指标和多指标的 评价，它根据隐患的层次关系和隐患的危险度值，能清晰的反映出多隐患的危险状 态。这种方法能较好的处理多层次系统的安全评价。但此法最为关键的是合理地确 定各层次隐患的诱发因素和各个因素的权重值。 2 3 评价方法的理论基础 本文矿井评价指标体系是以层次分析法为理论基础建立的，矿井安全等级为目 标层，煤尘事故、瓦斯事故、顶板事故、机电运输事故、放炮事故、火灾事故以及 水灾事故为准则层，各种事故的诱发因素为措施层，按其隶属关系和权重排序。各 种事故评价指标体系及其评价因予权重的确定都是以层次分析法的比较矩阵为理论 摹础，山程序实现的。 层次分析法是2 0 世纪7 0 年代初南美国运筹学家，匹兹堡大学教授，萨坦 ( r l s a a t y ) 提出来的，简称a h p 法1 3 7 。这是一种简明实用的定性与定量相结合的 多目标决策分析方法。特别是将决策者的经验给丁；量化，这对系统日标结构复杂， 河北理工大学硕士学位论文 且缺乏必要的数据情况下更为实用，因此，近年来层次分析法在我国的应用发展较 快。 层次分析法解决问题的基本思路是，把系统各因素之间的隶属关系从高到低排 成若干层次，并建立不同层次元素之间的相互关系，根据对一定客观现实的判断， 利用数学方法，确定每一层次全部元素相对重要性次序权重，通过排序结果，对问 题进行分析和决策。这种方法可以把多目标、多准则的决策问题化为多层次、单目 标的两两对比，然后只需进行简单的数学运算。 现实生活中，人们处处需要及时有效的决策，而决策的对象又往往是十分复 杂，混乱不清的大系统，常牵涉到许多因素，这就对辩识个复杂系统增加了困 难。层次分析法正是辩识这类问题的有效方法。它首先提出了递阶层次结构理论， 用来解析这类系统，便于人们去认识；然后，对此结构定量化描述，从而考察系统 的结构和功能，使之通过应用排序理论得出满足系统总目标要求的各个方案( 或措 施) 的优先顺序。因此，层次分析法的基本原理可归纳为：递阶层次结构原理、两 两比较标度和判断原理以及层次排序原理【”i 。 1 递阶层次结构原理 递阶层次结构是关于系统结构的抽象概念。它赋予如下假设：系统中所有元素 可分为若干层( 组) ，其中任何一层中的元素只对另一特定层中的元素发生影响， 同时也只受到另外一层中元素韵影响。各层内的元素彼此之间独立。 根据对问题的分析，将其所包含的因素分层，按最高层、若干中间层和最低层 的形式排列。如决策问题可分为： 最高层：表示解决问题的目的，即所要达到的目的，称为目标层。 中间层：表示衡量目标是否能够实现的标准，称为准则层。 最低层：表示解决问题的方案、方法、手段等，称为措施层。 将各因素分层后，按照目标到措施自上而下地将各因素之间的直接影响关系排 列丁不同层次，并构成一个层次结构图。如矿井安全等级就是最高层( 目标层) ； a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 代表煤矿中的各类灾害事故，为中间层( 准则层) ：而 a 、b ，、c 。、d 、e i 、f i 、g i 代表各类事故的诱发因素，就是最低层( 措施层) 。 应用层次分析法分析的系统，其递阶结构有三种类型： ( 1 ) 完全相关性结构：上一层次每一个要素与下一层次的所有要素完全相关。 ( 2 ) 完全独立性结构：上一层次要素都有各自独立、完全不同的下层要素。 1 2 2 评价方法的确定 ( 3 ) 混合结构：介于上述两者之间的一种情况，是一种非完全相关又非完全独 也的递阶层次结构。 本文所述的递阶层次结构基本都属于完全独立性结构。 2 两两比较的标度和判断原理 上述层次化递阶结构的中心问题是： 如何对递阶结构中的任一元素的影响进行测度，每一个元素对总目标的影响有 多大。判断是量化的前提，标度是量化的基础。 a 判断两两比较方法 从最上层要素开始，依次以上一层某要素a k 作为判断准则，对下一层要素两 两比较，建立判断矩阵。记判断矩阵为b = ( b i ) ，其形式如下 a kb 1b 2 。 b i b n b ib i ib 1 2一 b i i b l n b 2b 2 lb 2 2 b 2 i b h b b i ,b i l b 1 1 一b i n b 。 b n l b n 2 b , j b 。 判断矩阵b 中的元素b 表示以a k 为判断准则，要素b 。对琶的相对重要度，即 2 警 ( 1 ) 式中： _ 、w ，分别表示要素b i 、b j 的重要性量度值。 b 标度两两比较的赋值 当需要决策的对象不能直接量化时，层次分析法提供了将抽象的逻辑思维判断 转化为定量分析的方法。萨坦教授运用模糊数学理论，集人类判断事物优劣，轻重 缓急的经验方法，而提出1 到9 的比率标度。即元素b 。通常可取值1 ，3 ，5 ，7 ，9 及它们的倒数1 3 9 i 。其含义为： l b 和b 两者的重要性相同； 3 b 比b 。稍重要； 5 b ，比b i 较重要； 7 b ，比b ，非常重要； 河北理上火学硕士学位论文 9 b 。比b ，绝对重要； 它们之问的数2 ，4 ，6 ，8 及它们的倒数有相应类似的意义。 3 层次排序原理 我们还需找到求解某一层上不同元素对相邻上一层的各元素所产生影响的方 法，从而能最终计算出最低层次上的各元素对总目标的影响程度，这包括层次单排 序和层次总排序，层次单排序表示某一层次各元素对相邻上一层上的各元素所产生 影响效能的排序；层次总排序表示最低层上的各元素对总目标的影响程度的排序。 另外还有一致性检验。本文所涉及的运算都是层次单排序i ”1 。 a 层次单排序： 通常采用一种近似计算方法：方根法。其计算步骤为： 第一步，求判断矩阵b 每行元素之积m ： m 。= 兀b 。( i = 1 ，2 ，n ) 一( 2 ) ，= l 第二步，计算m ，的n 次方根彬，形= 气m ，； 第三步，对向量w = ( 彤，呒) 归一化，求得向量； w = ( 彤，) 7 ，归一化的结果就是b 。关于a k 的相对重要度( 权 重) 彬，即 彬2 彬嘭 ( i 2 1 ，2 ，n ) ( 3 ) 忙l 例 瓦斯等级为上一层元素( 目标层) ，下一层为煤与瓦斯突出矿井、高瓦斯 矿井、低瓦斯矿井，是措施层。求各措施层的权重值。 解其削断矩阵为： 先计算判断矩阵a b 的层次单排序结果： 避隅七2 4 ；5 卜 f 嘶1ii 避i 畿h 圳一 l 1 4 、llllllll_、 4 6 o 6 2 1 o o 0 ，。l 、ilj 5 3 1 3 旧 倍 序 厂 2 评价方法的确定 通过程序计算的结果，见图2 。 图2 权重计算 f i g 2c a l c u l a t i n gm a g n i t u d er a t i o b 一致性裣验 对于所依据的矩阵要进行一致性检验。误差如在允许范围内， 有效，否则需要重新调整判断矩阵( 其中存在互相矛盾的元素) 。 设判断矩阵有惟一非零的最大特征值五。，判断矩阵为1 1 阶 ( 或称为相容性) 的指标c ，来进行判断： 则排序在技术上 则用度量一致性 c i = 竽 月一1 一般情况下，若c 1 ol ，就可以认为判断矩阵4 。具有相容性 元素权重值就可以接受，否则要对判断矩阵重新赋值。 1 5 ( 4 ) 河北理工大学硕士学位论文 3 评价指标体系 3 1 乡镇煤矿灾害的结构特点 煤矿的生产系统，是在地表以下一定深度的生产活动，在空间上立体分布，且 空间又是随着时问动态发展的地下生产系统，其运行过程及状态有其独特的方面 f 4 “”。乡镇煤矿更有其独有的特性，因此，建立乡镇煤矿评价指标体系时，应充分 考虑乡镇煤矿井下灾害系统的结构特点。 1 从业人员素质低 乡镇煤矿的企业法人、经营者绝大多数未经过采矿相关专业学习，只是凭借他 人经验开矿，煤矿经营者只追求经济利益，忽视煤矿安全设施的投入，造成安全管 理混乱。乡镇煤矿井下工人大多数是家庭贫困，文化素质较低的弱势群体，安全生 产意识薄弱，自我规范、自我约