煤矿安全评价量化计算方法

煤矿安全评价量化计算方法煤矿安全评价量化计算方法 煤矿井下生产系统是一个由人 机 环境组成的复杂系统 作 业单元和空间分布都极其复杂 存在瓦斯煤尘爆炸 突水 井 下火灾 顶板事故 瓦斯突出 机电事故等灾害和危险 井下 生产系统空间上立体分布 时间上动态发展 井下事故具有动 态性 随机性和模糊性 不同灾害之间在时间和空间上具有相 关性 近年来 安全评价技术的研究在世界范围内受到广泛重视 我 国研究人员采用诸如安全指数法 概率风险法 指数法 分值 法等不同的方法 将概率统计方法 模糊数学 神经网络和灰 理论等运用到安全评价中 建立了一系列的煤矿安全评价方法 煤炭科学研究总院重庆分院采用安全检查表和安全指数法等评 价方法在安全评价领域作了大量的工作 在煤矿安全评价中 针对不同的灾害类型 有必要采用不同的安全评价方法 运用 数学方法时其计算过程一般都比较复杂 需要编程实现安全评 价过程中的计算 此外 建立煤矿安全专家系统的任务之一就 是集中专家知识 建立安全评价数学模型 实现安全评价程序 化运算 因此 研究煤矿安全评价方法及其量化计算方法对推 进我国煤矿安全评价的发展有着重要的现实意义 1 煤矿井下灾害危险程度评价 将面向对象技术的思想和方法运用于煤矿安全评价中 可利用 面向对象技术的模块性 继承性 封装性和易维护性等优点 实现不同安全评价方法的综合运用 建立安全评价模型时 可 根据煤矿井下不同评价单元存在的各种灾害类型的具体特点 选用相应的方法进行分析和评价 1 1 基于绝对风险值的安全评价方法 通过精确的 科学的分析和计算 得出某一时间段内事故发生 的概率值和损失值 这个概率值和损失值的乘积就是风险的绝 对值 人们进行安全评价的时候 都希望能得到事故风险的绝 对值 准确地反映评价对象发生事故的危险程度 但事故的概 率很难得出 事故的影响因素一般都属于随机事件 其安全风 险指标需要重复进行大量的随机实验 非常复杂的可靠性分析 或者对大量的事故进行分析和数据统计才能得出 事故树分析 方法就是典型的绝对风险值评价方法 1 2 基于相对风险值的安全评价方法 对事故的危险程度评价一般采用间接的方法 通过对影响事故 发生可能性和后果严重程度的各内因和外因的分析与综合 可 以得到风险的相对值 目前一般的安全评价结果 都是相对风 险 而非绝对风险 对于煤矿井下生产系统这样一个复杂的大 型系统 其灾变机理 途径等基本因素难以确定 因素状态模 糊性强 事件失效为小概率事件且难以人为重复实验 模糊可 能性的优点就在于它和独立实验无关 一般用其可能性最大的 状态 常用的专家打分法 模糊综合评判 灰理论和神经网络 等评价方法都是基于相对风险值的安全评价方法 1 2 1 煤矿安全评价单元划分 煤矿井下不同位置的自然环境 危险因素 以及人员等因素各 异 因此必须将井下系统划分为不同的评价单元分别进行评价 评价单元可采用以下方法进行划分 1 采掘工作面及其附属巷道作为独立评价单元 2 主要巷道可根据其所在位置 特点或功能划分为独立评价单 元 3 主要硐室可根据其所在位置 特点或功能划分为独立评价单 元 4 其它地点视其具体情况划分为单独评价单元或归入其它独立 评价单元 对不同的评价单元 分别评价不同类型灾害的危险程度 1 2 2 建立安全评价指标体系 灾害影响指标可分为易发生和后果严重程度两类 根据评价的 要求 对煤矿评价单元的各种灾害的影响因素进行分析 根据 专家意见对评价指标进行重要度排序 对安全评价指标进行重 要性筛选 根据引发事故的各种影响因素之间的作用关系 基 于事故树的思想 建立灾害评价多层次指标体系 灾害评价多 层次指标体系按灾害类型对评价指标进行划分 每一种灾害按 易发性和后果严重程度划分下一层次指标 易发性和后果严重 程度的下层指标可根据不同灾害的特点和安全评价的目的和需 要划分 1 2 3 评价指标隶属度确定 度量评价系统状态及其因素状态程度的尺度确定 一般为 基 于客观评价系统状态发展变化规律 专家群体理论知识 实践 经验的集中归纳提取 数据统计分析结果 实际评价通常是这 3 处技术途径的综合 基于模糊理论 如果用论域 u 0 1 上的数值表示系统危险 属性的可能性程度值 则存在一映射 a x 把因子 x 映 射到 u a x x u x 0 1 其中 a x 为系统 某属性因子危险程度的隶属度函数 对煤矿安全进行分级评价是常用的方法 首先确定分级 即论 域 u u1 u2 un 设 a 是 u 上待确定其隶属函数的 模糊集 专家评判法建立隶属度函数的过程为 1 请 m 位专家 让每位专家分别对每一个 ui i 1 2 n 给出一个隶属度 a ui 的估计值 设第 j 位专家给出的估计值为 sij i 1 2 n j 1 2 m 救出平均值 s i 及方差 di 2 检查方差 di 是否小于或等于事先制定的阀值 如果大于 则请专家重新给出估计值 然后再计算平均值 s i 及方差 di 重复这一过程 直到 di 设在第 k 轮时达到了要求 此时 再请每位专家给出所估计值得 确信度 设为 cj j 1 2 m 其中 0 cj 1 求它们的平均值 c 3 若 c 的值达到了一定的标准 就以 s i 作为 ui 的隶属 度 a ui 如果考虑各个专家的情况不同 希望某些专家的意见占较大的 比例 则可以为每个专家分配一个权值 j j 满足 j 0 且 1 2 4 评价结果合成 安全评价系统状态构成要素具有复杂性及层次结构性特点 上 层因素的合成方法按照构成要素的合成法则 可分为 加法 模型 乘法模型 函数模型 模式识别最大隶属原则 方法模型 加权和模型 模糊积分模型 事故发生可能性 和事故后果严重程度的评价结果合成为相对风险的方法有加法 合成和乘法合成两种 一般采用加法合成方法 多种灾害危险性评价结果的合成可采用加权和或者模糊综合评 判等方法 权系数确定可采用专家意见法确定 也可采用对事 故数据进行统计的方法 安全评价的最终结果是管理和决策的 依据 但对于安全专家系统而言 评价的中间结果更为重要 多层次评价模型可以得到一系列的中间评价结果 都可作为专 家系统制定安全对策的依据 1 2 3 灾害影响因素相关性处理 煤矿井下环境复杂 不同灾害之间存在相关性 因此计算灾害 后果严重程度的时候 必须考虑引发二次灾害造成的可能性和 后果严重程度 将两次事故的后果严重程度合并 二次灾害发 生可能性和后果严重程度可作为灾害的后果严重程度的下层影 响因素 一般采用加权和方法合并 2 安全评价量化计算方法 2 1matlab 简介 matlab 是 math works 公司开发的科学计算软件 拥有强大的 矩阵运算功能 还有 fuzzy 模糊数学专用工具箱 matlab 可以 被 c fortran 程度调用 也可以调用 c fortran 编制的程度 还 可以与 java visual basic 等语言编制的程序进行交互 是理想 的安全评价计算软件开发环境 2 2 隶属度函数 对常用隶属度函数分布的确定 只需要明确函数类型和确定决 定函数类型的参数即可 如梯形分布 trampf a1 a2 a3 a4 共 4 个节点 三角形分布 trimf a1 a2 a3 共 3 个节点 当 a2 a3 时 梯形分布转化为三角形分布 当 a1 a2 时 梯形分布转化 为降半梯形分布 当时 a3 a4 梯形分布转化为升半梯形分布 编程实现时可模块化编程实现调用 根据选取的量化方法不同 论域 u u1 u2 un 上隶 属函数表达方式 可以是论域内 m m n 个函数分别对应指 标对 ui 的隶属度函数 也可以采用分段函数表达 2 3 指标权值确定方法 评价指标的权向量 w 1 2 n 是用来刻画评价 指标重要程度的正数 其中 i 表示评价指标 xi 的重要程度 在 加权综合评价方法中 有许多种权系数的确定方法 比较常用 的是层次分析法 层次分析法是一种定性与定量分析相结合的 多目标决策分析方法 采用 matlab 进行编程实现矩阵运算 求层次分板法判断矩阵最大特征值 max 及其所对应的特征向量 并进行一致性检验和特征向量归一化 得到权系数向量 可极大地简化计算过程 2 4 合成运算 系统评价灾害危险程度 u u1 u2 un 评价指标的 权向量 w 1 2 n 则本层指标对上一层次指 标的危险度评价值为 b w u 其中 为诱导算了 可根 据不同的评价方法选取 模糊综合评判评价结果合成采用加权 和方法 合成计算方法 指标隶属度评价结果由程序得出 可 得其上层指标的所有评价指标的隶属度 为行向量 权向量为 列向量 诱导算子采用 得出的结果 b w u 是该上怪指标 的评价中间结果 该中间结果也是行向量 求更上一层评价指 标的评价结果时 代入该向量进行运算 2 5 评价结果分级 设 a f u i 1 2 n 对 u0 u 若存在 i0 使 aio u0 max a1 u0 a2 u0 an u0 则认 为 u0 相对隶属于 ai 各指标和合成的上层指标的隶属度定量结果后 根据最大隶属 度原则 可以得到各 级评价指标的定性分级结果 即在得到采煤工作面自燃危险性 等级的同时 也可得到各指标的安全分级中间结果 3 采煤工作面自燃危险性评价模型 采煤工作面自燃危险性评价模型是作者综合煤矿工伤保险安全 分级评价项目研究成果和非煤行业评价经验 总结常用煤矿安 全评价方法及安全评价最化方法的优缺点 针对煤矿安全预警 系统和安全专家系统对安全评价的需要 研究得到的采煤工作 面自燃危险性评价方法 通过对煤矿井下采煤工作面自燃危险性影响因素的分析 建立 了以采煤工作面作为自燃某本评价单元 面向对象的多层次自 燃危险性评价模型 可用于煤矿安全专家系统中的采煤工作面 安全预评价和安全生产现状评价 该评价模型将自燃危险性影响因素分为易发性和后果严重程度 两类 将自燃危险性划分为安全 一般 危险 很危险 4 个等 级 根据建立的模糊综合评价模型 选取了 10 个已完成开采的 具有不同特点的采煤工作面进行了评价试算以完善评价模型 经试验工作面评价验证 自燃危险性评价结果与实际自然发火 情况有较好的一致性 该方法编程容易实现 应用于安全专家 系统之中 可为采煤工作面自燃火灾防治提供决策依据 4 结论 采用面向对象的方法建立煤矿安全评价的多层次结构指标体系 和评价模型 实现煤矿井下多个评价单元和多种灾害的相对危 险性评