煤礦安全評(píng)價(jià)量化計(jì)算方法

1、 專(zhuān)業(yè)技術(shù)文件 / Technical documentation 編號(hào)： 煤礦安全評(píng)價(jià)量化計(jì)算方法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.編制：_日期：_煤礦安全評(píng)價(jià)量化計(jì)算方法溫馨提示：該文件為本公司員工進(jìn)行生產(chǎn)和各項(xiàng)管理工作共同的技術(shù)依據(jù)，通過(guò)對(duì)具體的工作環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、管理活動(dòng)的正常、有序、優(yōu)質(zhì)進(jìn)

2、行。本文檔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和使用。 td=“13509” 煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)由人、機(jī)、環(huán)境組成的復(fù)雜系統(tǒng), 作業(yè)單元和空間分布都極其復(fù)雜, 存在瓦斯煤塵爆炸、突水、井下火災(zāi)、頂板事故、瓦斯突出、機(jī)電事故等災(zāi)害和危險(xiǎn)。井下生產(chǎn)系統(tǒng)空間上立體分布, 時(shí)間上動(dòng)態(tài)發(fā)展, 井下事故具有動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性和模糊性, 不同災(zāi)害之間在時(shí)間和空間上具有相關(guān)性。 近年來(lái), 安全評(píng)價(jià)技術(shù)的研究在世界范圍內(nèi)受到廣泛重視。我國(guó)研究人員采用諸如安全指數(shù)法、概率風(fēng)險(xiǎn)法、指數(shù)法、分值法等不同的方法, 將概率統(tǒng)計(jì)方法、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰理論等運(yùn)用到安全評(píng)價(jià)中, 建立了一系列的煤礦安全評(píng)價(jià)方法。煤炭科學(xué)研究總院重慶分院

3、采用安全檢查表和安全指數(shù)法等評(píng)價(jià)方法在安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域作了大量的工作。在煤礦安全評(píng)價(jià)中, 針對(duì)不同的災(zāi)害類(lèi)型, 有必要采用不同的安全評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法時(shí)其計(jì)算過(guò)程一般都比較復(fù)雜, 需要編程實(shí)現(xiàn)安全評(píng)價(jià)過(guò)程中的計(jì)算。此外, 建立煤礦安全專(zhuān)家系統(tǒng)的任務(wù)之一就是集中專(zhuān)家知識(shí), 建立安全評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型, 實(shí)現(xiàn)安全評(píng)價(jià)程序化運(yùn)算。因此, 研究煤礦安全評(píng)價(jià)方法及其量化計(jì)算方法對(duì)推進(jìn)我國(guó)煤礦安全評(píng)價(jià)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1 煤礦井下災(zāi)害危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià) 將面向?qū)ο蠹夹g(shù)的思想和方法運(yùn)用于煤礦安全評(píng)價(jià)中, 可利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的模塊性、繼承性、封裝性和易維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)不同安全評(píng)價(jià)方法的綜合運(yùn)用。建立安全評(píng)價(jià)

4、模型時(shí), 可根據(jù)煤礦井下不同評(píng)價(jià)單元存在的各種災(zāi)害類(lèi)型的具體特點(diǎn), 選用相應(yīng)的方法進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。 1.1 基于絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值的安全評(píng)價(jià)方法 通過(guò)精確的、科學(xué)的分析和計(jì)算, 得出某一時(shí)間段內(nèi)事故發(fā)生的概率值和損失值, 這個(gè)概率值和損失值的乘積就是風(fēng)險(xiǎn)的絕對(duì)值。人們進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的時(shí)候, 都希望能得到事故風(fēng)險(xiǎn)的絕對(duì)值, 準(zhǔn)確地反映評(píng)價(jià)對(duì)象發(fā)生事故的危險(xiǎn)程度。但事故的概率很難得出, 事故的影響因素一般都屬于隨機(jī)事件, 其安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)需要重復(fù)進(jìn)行大量的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)、非常復(fù)雜的可靠性分析或者對(duì)大量的事故進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)才能得出。事故樹(shù)分析方法就是典型的絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值評(píng)價(jià)方法。 1.2 基于相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值的安全評(píng)價(jià)方法

5、 對(duì)事故的危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)一般采用間接的方法, 通過(guò)對(duì)影響事故發(fā)生可能性和后果嚴(yán)重程度的各內(nèi)因和外因的分析與綜合, 可以得到風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)值。目前一般的安全評(píng)價(jià)結(jié)果, 都是相對(duì)風(fēng)險(xiǎn), 而非絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)這樣一個(gè)復(fù)雜的大型系統(tǒng), 其災(zāi)變機(jī)理、途徑等基本因素難以確定, 因素狀態(tài)模糊性強(qiáng), 事件失效為小概率事件且難以人為重復(fù)實(shí)驗(yàn)。模糊可能性的優(yōu)點(diǎn)就在于它和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān), 一般用其可能性最大的狀態(tài)。常用的專(zhuān)家打分法、模糊綜合評(píng)判、灰理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等評(píng)價(jià)方法都是基于相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值的安全評(píng)價(jià)方法。 1.2.1 煤礦安全評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?煤礦井下不同位置的自然環(huán)境、危險(xiǎn)因素, 以及人員等因素各異, 因此必須

6、將井下系統(tǒng)劃分為不同的評(píng)價(jià)單元分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)單元可采用以下方法進(jìn)行劃分: 1）采掘工作面及其附屬巷道作為獨(dú)立評(píng)價(jià)單元； 2）主要巷道可根據(jù)其所在位置, 特點(diǎn)或功能劃分為獨(dú)立評(píng)價(jià)單元； 3）主要硐室可根據(jù)其所在位置、特點(diǎn)或功能劃分為獨(dú)立評(píng)價(jià)單元； 4）其它地點(diǎn)視其具體情況劃分為單獨(dú)評(píng)價(jià)單元或歸入其它獨(dú)立評(píng)價(jià)單元。 對(duì)不同的評(píng)價(jià)單元, 分別評(píng)價(jià)不同類(lèi)型災(zāi)害的危險(xiǎn)程度。 1.2.2 建立安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 災(zāi)害影響指標(biāo)可分為易發(fā)生和后果嚴(yán)重程度兩類(lèi), 根據(jù)評(píng)價(jià)的要求, 對(duì)煤礦評(píng)價(jià)單元的各種災(zāi)害的影響因素進(jìn)行分析, 根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要度排序, 對(duì)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要性篩選。根據(jù)引發(fā)事故的

7、各種影響因素之間的作用關(guān)系, 基于事故樹(shù)的思想, 建立災(zāi)害評(píng)價(jià)多層次指標(biāo)體系。災(zāi)害評(píng)價(jià)多層次指標(biāo)體系按災(zāi)害類(lèi)型對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行劃分, 每一種災(zāi)害按易發(fā)性和后果嚴(yán)重程度劃分下一層次指標(biāo)。易發(fā)性和后果嚴(yán)重程度的下層指標(biāo)可根據(jù)不同災(zāi)害的特點(diǎn)和安全評(píng)價(jià)的目的和需要?jiǎng)澐帧?1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度確定 度量評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)及其因素狀態(tài)程度的尺度確定, 一般為:基于客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展變化規(guī)律；專(zhuān)家群體理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的集中歸納提??；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。實(shí)際評(píng)價(jià)通常是這3處技術(shù)途徑的綜合。 基于模糊理論, 如果用論域U0, 1上的數(shù)值表示系統(tǒng)危險(xiǎn)屬性的可能性程度值, 則存在一映射=- A（x）, 把因子X(jué)映射

8、到U:- A（x）:xU, x0, 1, 其中- A（x）為系統(tǒng)某屬性因子危險(xiǎn)程度的隸屬度函數(shù)。 對(duì)煤礦安全進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)是常用的方法, 首先確定分級(jí), 即論域Uu1, u2, , un, 設(shè)A是U上待確定其隸屬函數(shù)的模糊集, 專(zhuān)家評(píng)判法建立隸屬度函數(shù)的過(guò)程為: 1）請(qǐng)m位專(zhuān)家, 讓每位專(zhuān)家分別對(duì)每一個(gè)ui（i=1, 2, , n）給出一個(gè)隸屬度A（ui）的估計(jì)值, 設(shè)第j位專(zhuān)家給出的估計(jì)值為Sij（i=1, 2, n, j=1, 2, , m）救出平均值S()i及方差di。 2）檢查方差di是否小于或等于事先制定的閥值, 如果大于, 則請(qǐng)專(zhuān)家重新給出估計(jì)值, 然后再計(jì)算平均值S()i及方差di

9、。重復(fù)這一過(guò)程, 直到di。設(shè)在第k輪時(shí)達(dá)到了要求, 此時(shí)再請(qǐng)每位專(zhuān)家給出所估計(jì)值得“確信度”, 設(shè)為cj（j=1, 2, , m）, 其中0cj1。求它們的平均值c()。 3）若c()的值達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn), 就以S()i作為ui的隸屬度A（ui）。 如果考慮各個(gè)專(zhuān)家的情況不同, 希望某些專(zhuān)家的意見(jiàn)占較大的比例, 則可以為每個(gè)專(zhuān)家分配一個(gè)權(quán)值j（j滿足j0, 且 ）。 1.2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果合成 安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)成要素具有復(fù)雜性及層次結(jié)構(gòu)性特點(diǎn), 上層因素的合成方法按照構(gòu)成要素的合成法則, 可分為:加法模型；乘法模型；函數(shù)模型；模式識(shí)別最大隸屬原則方法模型；加權(quán)和模型；模糊積分模型。事故發(fā)生可

10、能性和事故后果嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)結(jié)果合成為相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的方法有加法合成和乘法合成兩種, 一般采用加法合成方法。 多種災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果的合成可采用加權(quán)和或者模糊綜合評(píng)判等方法。權(quán)系數(shù)確定可采用專(zhuān)家意見(jiàn)法確定, 也可采用對(duì)事故數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法。安全評(píng)價(jià)的最終結(jié)果是管理和決策的依據(jù), 但對(duì)于安全專(zhuān)家系統(tǒng)而言, 評(píng)價(jià)的中間結(jié)果更為重要, 多層次評(píng)價(jià)模型可以得到一系列的中間評(píng)價(jià)結(jié)果, 都可作為專(zhuān)家系統(tǒng)制定安全對(duì)策的依據(jù)。 1.2.3 災(zāi)害影響因素相關(guān)性處理 煤礦井下環(huán)境復(fù)雜, 不同災(zāi)害之間存在相關(guān)性, 因此計(jì)算災(zāi)害后果嚴(yán)重程度的時(shí)候, 必須考慮引發(fā)二次災(zāi)害造成的可能性和后果嚴(yán)重程度, 將兩次事故的后果嚴(yán)重程

11、度合并。二次災(zāi)害發(fā)生可能性和后果嚴(yán)重程度可作為災(zāi)害的后果嚴(yán)重程度的下層影響因素, 一般采用加權(quán)和方法合并。 2 安全評(píng)價(jià)量化計(jì)算方法 2.1MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB是Math Works公司開(kāi)發(fā)的科學(xué)計(jì)算軟件, 擁有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能, 還有Fuzzy模糊數(shù)學(xué)專(zhuān)用工具箱。MATLAB可以被C/Fortran程度調(diào)用, 也可以調(diào)用C/Fortran編制的程度, 還可以與Java、Visual Basic等語(yǔ)言編制的程序進(jìn)行交互, 是理想的安全評(píng)價(jià)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。 2.2 隸屬度函數(shù) 對(duì)常用隸屬度函數(shù)分布的確定, 只需要明確函數(shù)類(lèi)型和確定決定函數(shù)類(lèi)型的參數(shù)即可。如梯形分布trampfa1

12、a2 a3 a4, 共4個(gè)節(jié)點(diǎn)；三角形分布trimfa1 a2 a3, 共3個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)a2a3時(shí), 梯形分布轉(zhuǎn)化為三角形分布；當(dāng)a1a2時(shí), 梯形分布轉(zhuǎn)化為降半梯形分布；當(dāng)時(shí)a3a4, 梯形分布轉(zhuǎn)化為升半梯形分布。編程實(shí)現(xiàn)時(shí)可模塊化編程實(shí)現(xiàn)調(diào)用。 根據(jù)選取的量化方法不同, 論域Uu1、u2, , un上隸屬函數(shù)表達(dá)方式, 可以是論域內(nèi)m（mn）個(gè)函數(shù)分別對(duì)應(yīng)指標(biāo)對(duì)ui的隸屬度函數(shù), 也可以采用分段函數(shù)表達(dá)。 2.3 指標(biāo)權(quán)值確定方法 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)向量W1、2, , n是用來(lái)刻畫(huà)評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度的正數(shù), 其中i表示評(píng)價(jià)指標(biāo)xi的重要程度。在加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法中, 有許多種權(quán)系數(shù)的確定方法, 比較常

13、用的是層次分析法。層1 2 下一頁(yè) td=“13509”次分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。采用MATLAB進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算, 求層次分板法判斷矩陣最大特征值max及其所對(duì)應(yīng)的特征向量, 并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和特征向量歸一化, 得到權(quán)系數(shù)向量, 可極大地簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。 2.4 合成運(yùn)算 系統(tǒng)評(píng)價(jià)災(zāi)害危險(xiǎn)程度Uu1、u2, , un, 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)向量W1、2, , n, 則本層指標(biāo)對(duì)上一層次指標(biāo)的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)值為:BW。U, 其中“?！睘檎T導(dǎo)算了, 可根據(jù)不同的評(píng)價(jià)方法選取。模糊綜合評(píng)判評(píng)價(jià)結(jié)果合成采用加權(quán)和方法, 合成計(jì)算方法:指標(biāo)隸屬度評(píng)價(jià)結(jié)果由程序得出, 可得其上層指標(biāo)

14、的所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度, 為行向量；權(quán)向量為列向量；誘導(dǎo)算子采用“”, 得出的結(jié)果BWU是該上怪指標(biāo)的評(píng)價(jià)中間結(jié)果。該中間結(jié)果也是行向量, 求更上一層評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí), 代入該向量進(jìn)行運(yùn)算。 2.5 評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí) 設(shè)AF()（U）, i=1, 2, , n, 對(duì)u0U, 若存在i0使。 Aio（u0）=maxA1（u0）A2（u0）, , An（u0）, 則認(rèn)為u0相對(duì)隸屬于Ai。 各指標(biāo)和合成的上層指標(biāo)的隸屬度定量結(jié)果后, 根據(jù)最大隸屬度原則, 可以得到各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的定性分級(jí)結(jié)果, 即在得到采煤工作面自燃危險(xiǎn)性等級(jí)的同時(shí), 也可得到各指標(biāo)的安全分級(jí)中間結(jié)果。 3 采煤工作面自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

15、模型 采煤工作面自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型是作者綜合煤礦工傷保險(xiǎn)安全分級(jí)評(píng)價(jià)項(xiàng)目研究成果和非煤行業(yè)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn), 總結(jié)常用煤礦安全評(píng)價(jià)方法及安全評(píng)價(jià)最化方法的優(yōu)缺點(diǎn), 針對(duì)煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)和安全專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)安全評(píng)價(jià)的需要, 研究得到的采煤工作面自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。 通過(guò)對(duì)煤礦井下采煤工作面自燃危險(xiǎn)性影響因素的分析, 建立了以采煤工作面作為自燃某本評(píng)價(jià)單元、面向?qū)ο蟮亩鄬哟巫匀嘉ｋU(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型, 可用于煤礦安全專(zhuān)家系統(tǒng)中的采煤工作面安全預(yù)評(píng)價(jià)和安全生產(chǎn)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。 該評(píng)價(jià)模型將自燃危險(xiǎn)性影響因素分為易發(fā)性和后果嚴(yán)重程度兩類(lèi), 將自燃危險(xiǎn)性劃分為安全、一般、危險(xiǎn)、很危險(xiǎn)4個(gè)等級(jí), 根據(jù)建立的模糊綜合評(píng)價(jià)模型, 選取了10個(gè)已完成開(kāi)采的具有不同特點(diǎn)的采煤工作面進(jìn)行了評(píng)價(jià)試算以完善評(píng)價(jià)模型。經(jīng)試驗(yàn)工作面評(píng)價(jià)驗(yàn)證, 自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際自然發(fā)火情況有較好的一致性。該方法編程容易實(shí)現(xiàn), 應(yīng)用于安全專(zhuān)家系統(tǒng)之中, 可為采煤工作面自燃火災(zāi)防治提供決策依據(jù)。 4 結(jié)論 采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒚旱V安全評(píng)價(jià)的多層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型, 實(shí)現(xiàn)煤礦井下多個(gè)評(píng)價(jià)單元和多種災(zāi)害的相對(duì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和合成, 是煤