基于改進AHP的井下運輸環節安全模糊綜合評價與應用

展 潔 汪賢裕

(四川大學商學院)

我國是能源大國，也是礦業大國，儲量以及產量均居世界前列，然而從安全角度來講，我國卻是世界上煤炭安全生產水平最差的國家之一。安全是人類永恒的主題，安全生產是一切經濟活動中的頭等大事，因此我國煤礦安全生產問題亟待解決［1］。

安全評價技術起源于20世紀30年代，在我國煤礦安全事故頻發的今天，開展礦山安全評價更具有現實意義［2］。

近年來，對煤炭安全評價方面的研究較多，研究內容和方法都有所創新，但是對井下資源和物資輸送的安全評價方面的研究相對較少。不僅如此，以往對一個煤礦的某個方面進行安全性評價，很少涉及到多個煤礦的交互評價。不同的煤礦有不同的特征，如果用傳統的AHP方法來評價多個煤礦的安全性是行不通的，用同一標準對不同煤礦的運輸方式進行評價，最終不能得到科學的結論。因此，針對不同煤礦的特點進行多個煤礦的交互安全評價是本文討論的核心問題。通過建立基于層次分析法的模糊綜合評價模型，針對兗州礦業集團旗下3個煤礦自身特征，對不同運輸方式賦予不同重要性權重，對同一運輸方式采用統一的評價標準，使3個煤礦對各自安全要素的特征進行綜合評價，最后根據最優煤礦的評價指標和安全評級，找出其他煤礦在運輸環節上的差距。

1 不同煤礦運輸安全的AHP模糊分析方法

1.1 建立層次結構模型圖

將井下運輸分為井下煤炭運輸、井下輔助運輸和礦井提升運輸。其中煤炭運輸有刮板輸送機和膠帶輸送機;井下輔助運輸是物資和人員在巷道的運輸，礦井提升則是銜接礦井和地面的運輸環節。結合井下運輸特點以及在運輸過程中的事故災害及發生機理，分析井下運輸系統中各因素的關系，建立描述系統功能特征的層次結構。將煤礦井下運輸方式安全指標作為總目標，選取井下輔助運輸、礦井提升運輸、礦井膠帶運輸和刮板運輸機運輸4個運輸方式作為安全的子目標，并在子目標下建立因素指標，以該指標作為各煤礦安全性的具體模糊向量。模型的縱向層次結構由目標層A、子目標層B、準則層C和方案層構成［3］，如圖1所示。

圖1 煤礦井下運輸環節事故評價指標體系［4］

1.2 改進AHP建模思想

由于煤礦不同，運輸方式的側重不同，決定了總目標層對子目標層的權重也不同。這不同于以往用AHP方法對單一煤礦的安全指標進行評判，但井下事故的安全評斷標準是一致的，即子目標層對準則層的權重是相同的，也是對傳統 AHP方法的繼承［5］。本文對傳統AHP方法進行改進，對多個煤礦的礦內運輸安全進行評價。

1.2.1 目標層權重分析

下面分別對兗礦旗下的3個礦井進行分析。

興隆莊煤礦地處山東境內，煤礦內部結構平坦，坡度較小，沒有斷層結構;煤層距地面較近，煤層較淺;礦內彎道不多。

菏澤趙樓煤礦與兗州煤礦同處于一個煤層帶，因此礦內結構差異不大，但礦內彎道稍多于兗州煤礦。

山西天池煤礦地處山區，因此煤層結構稍顯不平，傾角較大;煤層距地面較遠;礦內彎道較多。

運輸和提升方式的選擇，主要取決于煤層的埋藏特征、井田的開拓方式、采煤方法及運輸工作量的大小。由于地理環境、井下建設需要以及建設成本等因素，每個煤礦都有各自的特點，因此不同的煤礦目標層對不同的運輸方式，即子目標層的權重是不同的。

1.2.2 準則層和子準則層權重分析

井下運輸環節每個方面都有安全事故隱患，由于各個煤礦的運輸設備購置、人員操作規范以及煤炭和人員輸送流程都是統一的，所以井下運輸的每個方面發生的事故雖不盡相同，但事故的評判標準是一致的，也就決定了3個煤礦子目標層與準則層的安全性權重是一致的。這一層保持了原有AHP方法的運用。

1.3 模糊數學綜合評價模型

(1)確定因素層次。目標層因素集U={A}，子目標因素集 U'={B1，B2，B3，B4}，準則層因素集U'1={C1，C2，C3}，U'2={C4，C5}，U'3={C6，C7，C8}，U'4={C9，C10，C11}［6］.

(2)建立備擇集。V={v1，v2，…，vP}，本文將評語分為安全、較安全、一般安全、較危險、很危險5個等級的模糊表達檔次，并用評語級 V={v1，v2，v3，v4，v5}表示［4］。

(3)設興隆莊煤礦、天池煤礦和趙樓煤礦的目標層權重分別為 λ1、λ2、λ3，準則層權重分別為 w1、w2、w3、w4。

(4)建立單因素隸屬度Ri，計算模糊綜合評價集M。

子目標層模糊綜合評價的單因素評價矩陣R為

本文采用模糊算子(+，·)的方式。

2 兗州煤礦礦井運輸

2.1 煤礦井下運輸環節事故評價指標權重計算

通過對兗州煤礦工程類專家以及工程師的咨詢，選取了兗礦旗下3個各具特色的礦井，分別對3個煤礦專家進行了訪問調查。根據問卷調查的結果，分別設天池煤礦、興隆莊煤礦和趙樓煤礦目標層的判斷矩陣為A1、A2、A3，子目標層的判斷矩陣為B1、B2、B3、B4，按照 AHP 的計算步驟，得出 3 個煤礦目標層和子目標層的判斷矩陣以及處理結果［7］，分別見表1、表2。

表1 3個煤礦目標層判斷矩陣及結果

表2 3個煤礦子目標層判斷矩陣及結果

由表1可知，3個煤礦的目標層權重分別為λ1=(0.092，0.454，0.238，0.216);λ2=(0.08，0.483，0.229，0.208);λ3=(0.101，0.351，0.227，0.321).

由表2可知，3個煤礦的準則層權重為w1=(0.111，0.111，0.778);w2=(0.125，0.875);w3=(0.059，0.49，0.451);w4=(0.122，0.648，0.23).

2.2 煤礦井下運輸環節模糊評價

找到3個煤礦的10位專家組成井下運輸評審組，用投票的方式讓專家對3個礦井的4種運輸方式評分。

2.2.1 山西天池的評價

由評價表可以得出，山西天池煤礦井下輔助運輸的單因素評價矩陣R1，同理可以得到該礦4種運輸方式的單因素評價矩陣R2，R3，R4，分別為:

天池煤礦井下運輸方式的子目標層綜合評價為

由子目標層評價結果得到該礦井下運輸方式目標層綜合評價矩陣R:

2.2.2 兗州興隆莊煤礦的評價

興隆莊煤礦井下運輸方式的子目標層綜合評價為 B'1=w1·R'1=(0.4，0.4，0.2，0，0);B'2=w2·R'2=(0.4，0.2，0.3，0.1，0);B'3=w3·R'3=(0.49，0.3，0.3，0，0);B'4=w4·R'4=(0.5，0.4，0.23，0，0).

由子目標層評價結果得到該礦井下運輸方式目標層綜合評價矩陣R':

2.2.3 菏澤趙樓煤礦的評價

菏澤趙樓煤礦井下運輸方式的子目標層綜合評價為 B″1=w1·R″1=(0.6，0.3，0.111，0，0);B″2=w2·R″2=(0.5，0.2，0.3，0，0);B″3=w3·R″3=(0.49，0.2，0.3，0，0);B″4=w4·R″4=(0.6，0.4，0.23，0.1，0).

由子目標層評價結果得到該礦井下運輸方式目標層綜合評價矩陣R″:

根據煤礦安全質量標準將煤礦分為5個等級，一級考核評分90分以上，二級80分以上，三級70分以上，四級60分以上，四級以下記為0分［8］。根據考核評分標準將評判結果做歸一化處理，并將評價級數數量化，得=(0.377，0.225，0.283，0.115，0)=(0.389，0.222，0.292，0.097，0);=(0.327，0.3，0.28，0.093，0);V=(90，80，70，60，0)·V=78.64;·V=78.79;·V=78.61.

通過對3個煤礦的礦長、工程師、技術員和班長等10位專家級人員的尋訪得知，兗州礦業集團的煤炭生產安全工作在全國煤礦行業中排名是十分靠前的。就企業內部的煤礦井下運輸，安全性差異并不大。本文所選的3個煤礦，山東省境內的兩個煤礦井下運輸安全性要稍優于山西天池礦，差距在于山東境內煤礦的地下煤層地勢較為平坦，而山西煤礦井下坡度較大，彎道較多，這一點上，需要提高天池煤礦井下員工的安全意識和員工整體素質，以彌補地勢上的不足;井下運輸規范性兗州興隆莊煤礦最好，該礦開發要早于其他兩個煤礦，因此井下運作較為系統和規范，這一點上需要企業內部人員之間多進行經驗交流，取長補短，共同營造安全的井下運輸環境。

3 結論

(1)分析AHP層次分析法的權重。根據目標層的安全權重可知，井下輔助運輸方面安全性最高的是菏澤趙樓煤礦，礦井提升運輸方面安全性最高的是兗州興隆莊煤礦，膠帶輸送機運輸方面安全性最高的是山西天池煤礦，刮板輸送機運輸方面安全性最高的是菏澤趙樓煤礦;根據準則層的安全權重可知，井下輔助運輸方面車輛跑偏事故率最低，礦井提升運輸方面錯發開車信號使容器過卷事故率最低，膠帶運輸方面運輸機打滑起熱著火事故率最低，刮板輸送機運輸方面機頭機尾突然上翹傷人事故率最低。

(2)按模糊綜合評價的最大隸屬原則，兗州興隆莊煤礦、山西天池煤礦、菏澤趙樓煤礦井下運輸等級都屬于安全。根據評分結果可知安全性最好的是兗州興隆莊煤礦，其次是山西天池煤礦，最差是菏澤趙樓煤礦，但三者比分相差很小。

(3)AHP層次分析法和模糊評價是對專家及井下工作經驗豐富的技術人員進行調查詢問并設計調查問卷，從中提取數據，再根據數據的科學計算得出的結果，所以具有一定的真實性和科學性，在實際應用中具有一定的參考價值。

(4)AHP和模糊評價方法中的評價和打分具有較強的主觀性，每個人對煤礦了解的側面不同，給出的評價就會有差異［8］，因此本文的建模也具有一定的局限性。

［1］ 陳維民.神華集團企業安全文化評價系統［J］.中國安全科學學報，2006(9):95-99.

［2］ 郝占剛.一種基于DEA的煤礦安全文化評價模型［J］.山東工商學院學報，2008(1):17-20.

［3］ 張建平，王 珍，路聚堂.精細化煤礦安全管理體系研究與應用［J］.煤礦安全，2012(1):190-192.

［4］ 薛文戰.基于SEM的煤礦安全體系評價分析［J］.中州煤炭，2012(10):23-25，33.

［5］ Grace K L Lee，Edwin H W Chan.The Analytic Hierarchy Process(AHP)Approach for Assessment of Urban Renewal Proposal［J］.Soc Indic Res，2008(89):155-168.

［6］ 卜時珍.一種基于Fuzzy改造AHP法的應用數學評價模型研究——以企業績效評價為例［J］.網絡財富，2009(2):166-167，168.

［7］ 程乾生.層次分析法AHP和屬性層次模型AHM［J］.系統工程理論與實踐，1997(11):25-28.

［8］ 黃福昌，倪興華.兗礦集團礦井輔助運輸技術規范［M］.北京:煤炭工業出版社，2008.