基于層次分析法的煤礦生產區域動態風險評價方法探討

研究背景

　　煤礦是一個極其復雜的系統，在一個生產區域內，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等多種自然災害因素并存，人為因素又極為活躍，各因素之間聯系緊密、互相制約，因此對煤礦生產區域進行安全態勢綜合評價時，困難之處就是要對這些指標進行相互比較，計算不同指標對生產區域的影響權重。

　　目前，國內外研究人員提出了諸多煤礦企業安全生產安全風險智能評價模型和算法，應用較多的主要包括四大類：專家評價方法、運籌學方法（模糊綜合評價法、層次分析法）、新型評價方法（神經網絡、灰色評判）、混合方法等。這些方法各有其優、缺點和使用范圍，突出問題是這些評價方法面向的風險因素較為單一，智能評價模型處理的數據種類和數量有限，初始賦值困難，導致挖掘的數據價值有限，難以實現全過程、全方位的重大安全風險評價，無法保證評價的準確度，全面、系統的重大風險評價預警平臺尚未建立。

　　在眾多的評價模型和算法中，層次分析法比較符合煤礦這一特殊復雜的系統。利用層次分析法，對構建的評價指標體系內的指標進行兩兩比較，比較其之間的相對重要性。當評價指標眾多時，直接賦以權重往往非常困難，但是比較兩個指標的相對重要程度則非常容易。

　　當采用專家評價法時，通常是對各指標權重進行人工判定直接賦值，或者針對不安全事件，直接人為設定扣分值，這種做法均忽視了不同指標之間的相對重要程度，受人為判斷影響嚴重，指標較多時極容易出現邏輯性錯誤，因此得出的結果往往不可靠。

　　鑒于上述的情況，有必要探索一種新的安全評價方法，能將層次分析法和專家評價法結合，科學、合理地給指標賦以權重，能夠動態計算生產區域的安全態勢。

　　2   研究方法

　　基于層次分析法的煤礦生產區域動態安全風險評價方法，分以下幾個步驟實現。

　　（1）建立生產區域安全評價指標體系模型。

　　按照礦井生產實際中的“人、物、環、管”四要素，建立安全生產區域四級評價指標體系，其中一至三級為綜合指標，即其可以繼續細分為多個下級指標，四級指標為末級指標，不可再分。

　　（2）利用層次分析法進行指標權重賦值。

　　①構造判斷（成對比較）矩陣。

　　對于已構建的指標體系，在同一級別各評價指標之間，構造判斷矩陣。

　　以表1中二級指標為例，構造判斷矩陣A，如表2所示。

　　構造判斷矩陣的方法是兩兩比較各指標的相對重要性，如人員素質對技術裝備的重要性為1/2，則技術裝備對人員素質的重要性為2，二者之間是互為倒數的關系。

　　為了保證評價尺度的標準和統一，判斷矩陣通常采用如下的標度方法進行判斷。

　　②指標單排序及判斷矩陣一致性檢驗。

　　判斷矩陣構造完成后，計算判斷矩陣A每一行的幾何平均值，可得各行的幾何平均值為0.4518，0.7071，3.1302， 1.0000、2.2361，再進行歸一化處理，可得人員素質、技術裝備、作業環境、安全管理水平、安全生產管理各指標的權重分別為0.0600、0.0940、0.4160、0.1329、0.2971。

　　當評價指標較多時，通過構造判斷矩陣，受限于人們認識的多樣性和客觀現實的復雜性，仍然可能出現邏輯判斷的失誤或者不同指標之間重要性倍數的錯誤，造成初步計算所得的指標權重并不合理，比如指標A比指標B重要，指標B比指標C重要，但又出現指標C比指標A非常重要的邏輯性錯誤。為避免這一情況的出現，就需要通過數理手段進行解決，對判斷矩陣進行一致性檢驗，根據檢驗結果調整判斷矩陣中各指標的重要性賦值，再次進行檢驗，當檢驗結果滿足要求時，各指標的權重賦值才可采用進行評價。

　　（3）生產區域安全敏感系數設定。

　　設定生產區域的安全敏感系數為1，即當生產區域的總得分變化為1分時，就應該發出預警信息，提示該生產區域的安全態勢變化幅度超出了預設的可接受范圍，應該引起重視，針對引起這一變化的原因進行處理。

　　（4）評價指標扣分方法設定。

　　對于層次分析模型中的最低一層，即單獨的指標初始得分值，則可以通過專家打分或固定賦值的辦法獲取。如對于礦井瓦斯等級、礦井水文地質類型等靜態性指標，可以人工打分賦值，對于瓦斯濃度等動態指標，則默認設定為100。

　　初始賦值以后，需要對每個指標建立扣分規則，比如甲烷濃度，初始值為100分，如果出現超標情況，那么就減去一定的分值，得到當前的分值，然后根據其權重計算出其上一級指標的分值，再根據上一級指標的權重計算出更上一級的分值，直至計算出最高級別的總得分。 　　對于每一指標的具體扣分值，可以通過不同級別指標的權重，計算出各指標對最上層指標的影響權重，比如甲烷濃度對瓦斯災害的影響權重是40%，瓦斯災害對作業環境指標的影響權重是41.9%，作業環境指標對生產區域的影響權重是41.6%，那么可以計算出甲烷濃度對生產區域的影響權重是6.91%。當安全敏感系數為1時，計算可得甲烷濃度超標出現一次扣14.34分，即出現一次瓦斯超標就能夠在礦井總分中明顯表示出來，就應該發出預警，引起重視。

　　按照上述的扣分方式，并不能為所有的指標扣分所使用。這就需要考慮到不同指標之間的相對權重問題。例如對瓦斯災害進行評價，共有甲烷濃度等多個指標，各個指標的權重不同，將權重最大的指標設為1，按照安全敏感系統計算出權重最大的指標的扣分值，其它指標的扣分值按照該指標的權重與權重最大的指標權重的比值計算。