煤矿安全程度的可能性分析方法

1、 专业技术文件 / Technical documentation 编号： 煤矿安全程度的可能性分析方法Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.编制：_日期：_煤矿安全程度的可能性分析方法温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、管理活动的正常、有序

2、、优质进行。本文档可根据实际情况进行修改和使用。 煤矿安全程度的可能性分析方法慕庆国1, 2 （1.山东工商学院管理系, 山东省烟台市, 264005; 2.中国矿业大 学(北京校区), 北京市海淀区, 100083 ） 摘要煤炭安全系统的安全程度由自然的、人为的、物的和管理的因素所决定, 用概率论 的理论研究煤矿安全程度已不能很好地解决问题, 本文对于煤矿系统灾变的可能性引入模糊 可能性理论, 同时创建了在模糊理论基础上的煤矿安全程度的度量方法。 关键词安全程度模糊风险直觉模糊集 安全是指人类所面临的系统存在或运行的状态对人类自身的生命、财产、环境可能造成的危 害低于人类目前最大的承受能力限

3、度的一种状态过程。安全是相对的。安全含有人类的认识 能力与过程, 安全是和人类的自身修养和文明程度有关的状态描述量, 又是系统运行的过程 状态描述量。安全程度是系统的安全状态水平在人脑中的反应, 是在当时社会环境、人们的 认识和承受能力的基础上, 人类对系统的安全程度的相对度量。系统的安全程度是由系统内 外各影响因素组成的多元随机函数。而人们对它的评价结果, 也就是系统在整个被分析时期 安全程度的统计均值, 即在与被分析时期相似的存在条件与管理水平下具有的安全程度的总 体平均值, 其结论具有统计意义。目前, 对安全程度的定量度量手段主要以 概率理论 为基础, 本文对此问题在模糊可能性理论基础上

4、进行研究, 并对其涵义和适用条件进行比较 研究。 1煤矿系统 安全程度的模糊风险表示 由于安全程度是系统运行状态的过程特征量, 其量值包含有人类的认识水平, 可见安全程度 本身是一个模糊概念。因此用基于模糊数学理论之上的模糊可能性理论表示系统的安全程度 是合乎客观系统的自身特性的。由于安全和危险是互为对偶的描述系统存在状态过程的量, 它们可以互相代替。为了叙述方便, 以下用危险程度代替系统安全评价的安全程度, 这在概念、特性方面是不会引起混淆的, 在功能和所达到的目的上也无不足之处。 定义1:系统运行的危险程度是指被分析系统在其运行过程中, 发生灾害的可能性程度及与 之对应的后果的严重程度的总

5、量。可如下表示:公式（略） 式中:公式（略）系统运行的危险程度的风险值为r时, 在 系统目前的运行的条件和存在的环境下, 此种状态在该系统中存在的可能性程度； HT5HT4HT7CHT5(c)系统运行过程中可能的灾害后果的危险程度为 c 时, 在系统目前的运行的条件和存在的环境下, 此种状态在该系统中存在的可能性程度； HT5HT4HT7PHT5(p)被分析系统发生灾变的可能性程度为p时, 在 系统目前运行的条件和存在的环境下, 此种状态在该系统中存在的可能性大小。 （1）式中的各项为对应数域上的模糊集。 LR模糊集是分布形状十分丰富的特殊模糊集, 满足2: 如果对于某一论域A, 有:公式（略

6、） L(0)=1 L在区间0, 上为减函数（函数L有与R相同的性值）。如果模糊函数A满足:公式（略） 则模糊数A称为LR形模糊数。L称为左参照函数, R称为右参照函数。m称为模糊数的核 , HT4HT7AHT5(x)=1。, 分别为模糊函数的左、右分布。LR型模糊 函数简记为:(m, )L-R 。 用LR型模糊函数表示公式（1）右端的各项: 公式（略） 则根据LR型模糊函数运算规则有: 公式（略） 由此可见, 确定系统的安全程度, 就转换成为计算该系统在公式（5）右端的两项参数 值。由于HT4HT5c(c)的模糊性是客观存在的, 其计算较复杂, 在此不加以计算 。以下主要讨论公式（略）的量化问

7、题。 2煤矿系统灾变危险程度的概率可能性算法 2.1煤矿系统灾变危险程度的概率测算 用事件或系统失效的概率作为系统发生灾变危险程度 的度量手段是目前惯用的方法。而对于一个处在环境动态变化的系统, 由于其失效很难用经 典意义上的概率表示, 可用一模糊集逼近其失效频率表示其失效的危险度。 定义2:对于对象S, 设其处于动态环境中, 用其失效的频率表示其发生火灾的危险性程度, 用LR模糊函数表示所处环境的过程行为, 则失效的危险程度可表示为:公式（略）其中p为事件失效的频率, 公式（略）为对象的失 效频率为p时在动态系统状态存在的可能性。 2.2概率理论基础上煤矿系统危险性分析方法 对于定义2中用模

8、糊集表示失效频率来实现对系统危险程度的量化, 实际是对概率的模糊化 的处理, 其实质仍然是概率。其系统与组成因素之间的危险程度的分析方法目前国内外众多 学者进行了研究, 具有如下关系。 2.2.1串联系统 n元素串联成系统, 每个元素的危险程度用定义2的形式给出, 系统的危险程度为:公式（略） 2.2.2并联系统 设并联系统由n个元素组成, 各元素的失效危险程度用其失效频率的模糊集表示, 其形式如 定义2所示, 则系统的危险程度为:公式（略） 由如下的迭代算法求出:公式（略） 模糊概率表示煤矿系统灾害发生的危险程度其实质与经典概率无本质的区别。此概率可 能性 的表示方法, 是以概率间接地表示系

9、统安全程度的方法。多数复杂的高危险度的大型系统灾 变的发生机理、途径等基本因素难于确定, 发生灾变的可能性也难用概率表示, 因此, 模糊 概率同经典概率一样显得无能为力。故对于煤矿系统灾变的可能性引入模糊可能性理论是十 分必要的。 3煤矿系统灾变危险程度的模糊可能性分析方法 3.1煤矿系统灾变危险程度的模糊测度 对于大型复杂系统或事件的状态本质为模糊的系统, 其发生灾害的危险程度很难用概率正确地表达。这类系统灾变发生的危险状态又决定于其所 处的环境因子的状态及系统本身的属性状态, 且其存在状态信息均通过这些因素展现给人们 。实践证 明, 人类易于根据自身的经验和只是以人体感觉器官获得对其属性程

10、度的度量信息 。用语言变量很安全、安全、一般、危险、很危险等可以表示系统某属性的状态程度。 这为获得这类系统的本质量化提供了途径。 定义3:设有论域P0, 1, x为其上的某一相对比值, 用其表示某一元素X失效的危险 程度值, 则存在一映射公式（略）, 把因子X映射到U:公式（略） 式中:公式（略）为系统某属性因子危险程度的隶属函数。表示 属性因子X灾变发生的危险性 程度值为x（而非概率值或频率）时, 在目前系统运行条件下该状态赋存于系统的可能行为公式（略）。如果用LR形模糊数逼近被评价对象的环境, 则可表示为:公式（略） 当因子危险程度对应于论域中的值是0时, 表示因子的危险状态处于安全的极

11、限状态。 因子的 危险程度对应于论域中的值是1时, 表示因子的危险状态处于最危险的极限状态。模糊数的核公式（略）为在目前系统状态运行条件下 , 该因子最可能在系统中存在 的危险状态。公式（6）与公式（12）中的p、x形式和区间相同, 其涵义、量化方法有本质 的区别。 基于心里测量原理, 对于函数函数（略）, 可以较容易根据集值统计 方法加以确定。必须说明的是 :概率可能性和模糊可能性是不同性质的两类事物。概率可能性是通过大量的独立的重复性 实验, 当实验次数趋近于无穷时用频率的极限值表示元素属性实现的可能性。而模糊可能性 则和独立实验无关, 一般用其存在可能性最大的状态表示元素实现的可能性,

12、通过心里测量 其展现出的信息加以确定。 3.2模糊理论基础上系统危险性分析方法 定义3中对评价对象危险性的表示结果实际上是一直觉模糊集的运算规律, 得出 如下的系统安全分析方法。 3.2.1串联系统 由n个元素组成的串联系统, 其每个元素的危险程度用定义3中的形式给出, 则系统的危险程度为: 公式（略） 3.2.2并联系统 设并联系统由n个元素组成, 其每个元素的失效危险程度用定义3形式以公式（12）给出, 则 系统的危险程度为: 公式（略） 4结论 (1) 基于模糊可能性理论上的灾变发生危险程度的表示方法与概率可能性表示方法有着本质 的区别。概率的模糊化表示, 其实质仍然是概率可能性而非模糊

13、可能性表示。 (2) 煤炭系统灾变发生的危险程度用模糊可能性理论表示是目前技术条件下较理想的方法。 它 可以对煤炭系统的灾变发生危险程度直接描述。并实现煤炭系统安全程度的模糊可能性表示 。 (3) 基于概率可能性理论基础上的分析方法只适用于元件失效与否状态清楚的系统, 而对于 因 素失效与否状态模糊的系统, 用模糊可能性理论的分析方法是一种有效的、可行的方法, 且 这种方法更容易包容人类的认识水平、文化程度、心理因素变化和承受能力。参考文献 1周长春等. 生产系统安全评价原理研究, 中国安全科学学报J,1995 5(1)2Didier Dubois. Henri Prade. Fuzzy real algebra: some results. Fuzzy Sets and Systems.2(1979)3273483Onisawa.T. Fuzzy theory in reliability analysis. Fuzzy sets and systems 29(