羅慈友，蒲源源，劉廣建

（1.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州221116）

雖然我國煤礦百萬噸死亡率和事故數(shù)逐年下降，但安全生產(chǎn)形勢仍然嚴(yán)峻[1－2]。2012年2月6日，宜賓市發(fā)生瓦斯事故，造成13人死亡；2月16日，衡陽發(fā)生跑車事故，造成15人遇難；5月2日，黑龍江省發(fā)生透水事故，造成13人死亡；9月2日，江西高坑煤礦采煤工作面發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成15人遇難，11人受傷；9月至12月仍有10人以上死亡事故發(fā)生，事故發(fā)生頻率較高。這些事故的發(fā)生是由于生產(chǎn)系統(tǒng)中存在大量危險源或重大危險源系統(tǒng)[3]，因此，研究如何準(zhǔn)確分析煤礦重大危險源風(fēng)險，為管理和控制危險源提供措施，有利于改善煤礦安全生產(chǎn)狀況。

目前，煤礦重大危險源風(fēng)險分析的主要方法是在建立風(fēng)險指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)綜合分析確定風(fēng)險等級。Jiang等以事故樹分析頂板事故影響因素并用模糊理論分析風(fēng)險程度[4]；王燾[5]、陳斌[6]以三類危險源理論為依據(jù)分析煤礦危險源影響因素，建立評價指標(biāo)體系，并運(yùn)用模糊綜合評價確定危險源風(fēng)險程度；等等。上述方法雖然考慮了風(fēng)險指標(biāo)對危險源系統(tǒng)風(fēng)險的影響，但未考慮風(fēng)險概率和風(fēng)險后果，而有效的風(fēng)險分析不僅需要考慮風(fēng)險指標(biāo)的影響，還需要考慮風(fēng)險概率和風(fēng)險后果[7－8]。

1 煤礦重大危險源風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型

重大危險源風(fēng)險因素的有效分析是進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險科學(xué)評價的基礎(chǔ)，而選擇合理、有效的危險源風(fēng)險因素分析理論是構(gòu)建風(fēng)險指標(biāo)體系的關(guān)鍵[7]。目前用于煤礦危險源風(fēng)險影響因素分析的理論主要有系統(tǒng)安全理論和危險源理論。筆者選擇后者作為煤礦重大危險源風(fēng)險指標(biāo)體系構(gòu)建的理論基礎(chǔ)。

1.1 三類危險源理論

煤礦危險源是指系統(tǒng)中那些潛在的可導(dǎo)致人員傷亡或財務(wù)損失的不安全因素[4]。三類危險源理論是田水承在兩類危險源的基礎(chǔ)上提出的[9]，第一類危險源是指系統(tǒng)中固有且存在的危險性物質(zhì)；第二類危險源是誘發(fā)性危險源，也即那些引起危險源控制措施失效的系統(tǒng)影響因素；第三類危險源是從組織層次對危險源的分類，主要包括不符合安全生產(chǎn)需求的組織流程、組織制度、規(guī)章和組織安全文化等組織因素，包括組織人員不安全行為和人因失誤。

1.2 風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型

風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型一般由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和因素層構(gòu)成[9]，筆者將三類危險源為準(zhǔn)則層因素，構(gòu)建煤礦重大危險源風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型

在層次結(jié)構(gòu)模型確定后，各層次指標(biāo)間隸屬關(guān)系就確定了，則可據(jù)專家評價信息建立各層級間模糊判斷矩陣。其中，專家在各層指標(biāo)間重要度判定過程中，據(jù)表1建立的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模糊判斷矩陣的建立。運(yùn)用模糊層次分析時，判別兩因素間重要度，得模糊判斷矩陣A＝（aij）n×n。若滿足條件：aii＝0.5，且aij＋aji＝1，i，j＝1，2，3…n，則稱模糊互補(bǔ)判斷矩陣。

確定模糊判斷矩陣后，需求解模糊互補(bǔ)判斷矩陣權(quán)重，即風(fēng)險指標(biāo)體系初始權(quán)重確定。通過式（1）

確定初始權(quán)重。設(shè)有模糊互補(bǔ)判斷矩陣A＝對矩陣A按行求和…，n），并實(shí)施運(yùn)算式（1）。

表1 模糊標(biāo)度及含義

可得模糊一致性矩陣R＝（rij）n×n，矩陣R按行歸一化得排序向量w＝（w1，w2，…，wn）T，其中wi的計算方式見式（2）。

確定模糊判斷矩陣后，判定上述權(quán)值合理性，需檢驗(yàn)比較判斷的一致性，可用檢驗(yàn)上述矩陣權(quán)重的相容性實(shí)現(xiàn)。

定義1：A＝（aij）n×n和B＝（bij）n×n均為模糊判斷矩陣，稱為相容性指標(biāo)。

定義2：w＝（w1，w2，…，wn）T是A的權(quán)重向量，其中則稱n階矩陣，w＊＝為A的特征矩陣。

對于決策者的態(tài)度α，當(dāng)相容性指標(biāo)I（A，w）≤α?xí)r，認(rèn)為判斷矩陣滿意一致性。α越大則決策者對判斷矩陣的一致性要求越低，通常取α為0.1。

取消引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥，使引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)，DCS根據(jù)爐子的不同周期所需的不同爐膛負(fù)壓以及現(xiàn)場爐膛負(fù)壓的檢測值，通過PID計算向變頻器發(fā)出4～20mA信號對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)對爐膛負(fù)壓的自動跟蹤控制，最大限度地滿足生產(chǎn)工藝的要求，同時節(jié)約電能，極大地提高經(jīng)濟(jì)效益，增加設(shè)備的自動化水平［4］?？刂品绞讲捎矛F(xiàn)場控制和DCS控制兩種?，F(xiàn)場控制柜屏上按鈕操作起/停運(yùn)行及調(diào)速；自動控制調(diào)速信號來自上一級DCS控制系統(tǒng)，DCS根據(jù)傾動爐爐內(nèi)壓自動跟蹤調(diào)節(jié)工藝需要設(shè)定負(fù)壓值，然后自動計算出變頻器的頻率，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的頻率對爐膛負(fù)壓的實(shí)時跟蹤。見圖3。

2 三維風(fēng)險模型

風(fēng)險程度常采用風(fēng)險概率和風(fēng)險后果進(jìn)行二維描述，這樣會使風(fēng)險中的一些重要信息被掩蓋，可能形成錯誤信息[4]。因此，在對系統(tǒng)風(fēng)險進(jìn)行描述時，還需要考慮風(fēng)險的其他方面，如風(fēng)險的可控性、風(fēng)險的可變性等因素。從風(fēng)險概率、風(fēng)險后果評價風(fēng)險，僅考慮了風(fēng)險的不確定性和危害性，并未涉及風(fēng)險的可控性和可變性。為此，筆者將風(fēng)險指標(biāo)重要度納入風(fēng)險評價模型，通過對風(fēng)險指標(biāo)重要度分析可以采用重點(diǎn)控制方式，消除或者減少風(fēng)險靈敏度高的風(fēng)險因子影響，從而體現(xiàn)風(fēng)險可控和可變特性。由此，可將風(fēng)險三維分析模型采用式（3）進(jìn)行描述。

式中：RL是系統(tǒng)風(fēng)險值；F是指標(biāo)影響程度；Rs是風(fēng)險發(fā)生的后；Rl是風(fēng)險概率。

由上述三維風(fēng)險評價模型可知，確定一個系統(tǒng)風(fēng)險程度，需要明確風(fēng)險指標(biāo)權(quán)值、風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險后果。在系統(tǒng)風(fēng)險分析過程中，風(fēng)險發(fā)生可能性和風(fēng)險后果常難以采用精確數(shù)值進(jìn)行表征，需借助專家經(jīng)驗(yàn)和知識進(jìn)行描述，且專家描述語言多為具有模糊特征的語義信息[10－11]。因此，本文采用模糊語言描述煤礦重大危險源風(fēng)險概率和風(fēng)險后果。

結(jié)合關(guān)于風(fēng)險概率模糊等級劃分的研究[12－13]，綜合黃玉川煤礦危險源辨識的實(shí)踐，本文確定風(fēng)險概率和風(fēng)險后果評語集，并采用式（4）進(jìn)行三角模糊變化，結(jié)果如表2、表3所示。

表2 Rl中語言的三角模糊數(shù)

表3 Rs中語言的三角模糊數(shù)

在確定風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重、風(fēng)險發(fā)生可能性和風(fēng)險后果三個變量后，就能確定系統(tǒng)風(fēng)險程度?；谌S風(fēng)險模型的概念，本文對煤礦重大危險源風(fēng)險程度給出計算方法，見式（5）。

式中：RL是指煤礦重大危險源風(fēng)險程度；Fi是第i類危險源的權(quán)重，fij、f′ij是指第i類危險源第j個指標(biāo)的權(quán)重和綜合權(quán)重；Rlj是第j個指標(biāo)的風(fēng)險發(fā)生概率；Rsj表示第j個指標(biāo)的風(fēng)險后果或是風(fēng)險嚴(yán)重程度。

在風(fēng)險評價模型確定后，據(jù)現(xiàn)有風(fēng)險等級劃分的相關(guān)研究[3，14]，本文將風(fēng)險程度的評語集設(shè)為RL＝｛低、一般、中等、重大、特別重大｝，按式（4）進(jìn)行三角模糊數(shù)轉(zhuǎn)化，見表4，其模糊隸屬函數(shù)曲線見圖2。

表4 RL中語言的三角模糊數(shù)

圖2 風(fēng)險程度隸屬函數(shù)曲線

3 實(shí)例分析

頂板事故主要受采場圍巖、采高和控頂距、采煤工作面推進(jìn)速度、采煤工作面落煤和放頂、地質(zhì)因素、采煤工作面留頂與底煤、采煤工作面不同地段、支護(hù)質(zhì)量、管理人員對頂板管理不到位等因素影響。第一類危險源影響因素主要包括礦山壓力因素、地質(zhì)構(gòu)造因素和開采技術(shù)等；第二類危險源是指采煤工作面支護(hù)工程質(zhì)量不符合要求、開采過程中支護(hù)措施不到位和裁決過程中的不安全行為（工作面留底、頂煤和上部煤柱）；第三類危險源主要包括：安全和生產(chǎn)管理者不重視頂板支護(hù)方面的工作；支護(hù)工程質(zhì)量差；用于頂板支護(hù)方面的投入不足；頂板支護(hù)方面的制度執(zhí)行不到位；管理人員存在人為失誤，煤礦安全文化建設(shè)不足，煤礦對頂板管理人員或者支護(hù)工的培訓(xùn)不到位等[5，15]。

通過上述影響因素分析及三類危險源劃分標(biāo)準(zhǔn)，將固有危險因素作為第一類為危險源；以誘發(fā)危險因素為第二類危險源，將組織因素作為第三類危險源，則煤礦頂板事故重大危險源風(fēng)險評價指標(biāo)體系[6]，其層次結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

指標(biāo)權(quán)重計算采用模糊層次分析，采用專家咨詢法據(jù)表1確定模糊判斷矩陣，并以加權(quán)平均方式處理各專家給出的判斷結(jié)果，形成準(zhǔn)則要素重要度模糊判斷矩陣。

圖3 頂板重大危險源風(fēng)險指標(biāo)

由式（2）得準(zhǔn)則層指標(biāo)的重要度排序向量ω＝，由ω和特征矩陣的定義，得互補(bǔ)判斷矩陣的特征矩陣w＊。

通過德菲爾法和危險源風(fēng)險辨識結(jié)果，按表2、表3中模糊語言對頂板危險源系統(tǒng)風(fēng)險發(fā)生可能性和事故后果進(jìn)行確定，結(jié)果如表5、表6所示。

表5 風(fēng)險發(fā)生可能性

表6 風(fēng)險后果

由上述風(fēng)險評價指標(biāo)的權(quán)重、風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險后果三個變量的數(shù)據(jù)及三維風(fēng)險分析模型（5），得黃玉川煤礦頂板危險源風(fēng)險RL，見式（6）。

分析上述RL三角模糊數(shù)，結(jié)合表4和圖2，可得煤礦頂板危險源系統(tǒng)整體風(fēng)險程度位于一般和中等之間，這與危險源辨識結(jié)果（頂板危險源系統(tǒng)絕大多數(shù)危險源是一般和中等危險源）相符，且與文獻(xiàn)[6]計算結(jié)果一致，表明該風(fēng)險分析模型的有效性。

由風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重可知，在一二類危險源中，第二類危險源對系統(tǒng)風(fēng)險較大，所以完善巷道支護(hù)工作。三類危險源中對煤礦頂板危險源影響最大的是第三類危險源——組織危險因素，因此，在控制前兩類危險源的基礎(chǔ)上，更要加強(qiáng)對第三類危險源的管理和控制。

4 結(jié)論

1）針對現(xiàn)有煤礦危險源風(fēng)險分析的不足，以三類危險源理論為依據(jù)，建立煤礦危險源風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型，并提出了以風(fēng)險因素影響程度、風(fēng)險發(fā)生可能性和風(fēng)險后果為參數(shù)的三維風(fēng)險分析模型，相較于二維風(fēng)險模型，三維風(fēng)險模型突出了風(fēng)險因素對風(fēng)險系統(tǒng)的貢獻(xiàn)作用。實(shí)際生產(chǎn)中風(fēng)險因素眾多，無法每個因素都控制，且不同程度風(fēng)險需采用不同控制手段，因此，通過引入風(fēng)險因素重要度，可以為風(fēng)險控制決策提供參考。

2）考慮風(fēng)險分析模型各參數(shù)確定過程中涉及語言評價信息的問題，采用模糊層次分析理論處理這些模糊和不確定信息。運(yùn)用模糊層次分析法確定各指標(biāo)影響程度，與傳統(tǒng)層次分析相比，該方法可更準(zhǔn)確描述具有專家語義信息，為企業(yè)更有效利用專家信息進(jìn)行決策提供了參考。

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