基于層次分析-模糊綜合評價法的煤礦頂板安全評價

宣強磊*

（河南理工大學 工商管理學院）

0 引言

我國是煤炭資源較為豐富的國家，煤炭產業也是我國國民經濟發展的支柱產業。近年來，我國煤炭消費總量在整個能源消費總量的占比從2010 年的69.2%下降到2021 年的56.0%，總體呈現降低趨勢，但是煤炭需求量卻呈現增長趨勢，至2021 年，全國原煤產量更是突破40 億t。原煤產量增加的同時，大量的生產事故也不斷發生。根據中國煤礦安全生產網公布的數據，本文統計了2017 年—2021 年全國煤礦發生的所有的頂板事故——共發生事故133 起，占總事故數量的28.6%，死亡人數為297 人，占總死亡人數的28.7%。頂板事故發生的原因大多是開采設計、支護設計不合理以及人為失誤[1]。因此，找出這些危險因素，構建評價指標，對于預測頂板危險性具有重大意義。

梳理相關文獻[2-6]，研究者們對煤礦頂板的穩定性及危險性研究大多集中在頂板的地質條件、管理現狀以及支護條件等方面，并未對造成頂板事故的原因進行深入、系統地研究。為了豐富上述研究的內容，本文利用現場管理理論從“人機料法環”5 個方面建立新的指標體系，確定各個指標的權重，運用模糊綜合評價法對頂板的安全性進行系統評價，通過評價結果更加快速、準確地分析事故發生的原因，并且在頂板管理中，如果能夠管理好這5 個因素，從這5 個方面消除隱患就可以有效預防事故的發生[7-8]。

1 模糊綜合評價

模糊綜合評價是一種解決現實生活中沒有明確分界線的問題，將容易定性而不易定量的因素定量化，從而針對多個因素相結合，對評價事物的隸屬等級狀況進行綜合性評的方法，其實質是運用模糊數學知識從預測集到確定對象的因素集的模糊映射[9-10]。實際上，造成煤礦頂板事故的因素有很多，且存在著亦此亦彼的關系。本文以河南省平頂山市某礦為研究背景，根據現場實際收集到的數據及歷史資料，從人機料法環5 個方面，構建事故的5 大因素指標，通過模糊綜合評價了解其內涵和相互關系，從而對煤礦管理者提出要求。在頂板作業中，對此5 大基本要素進行系統地研究，找到可能造成頂板事故的根本原因，對該原因進行深入分析及探尋，并對此采取針對性措施，將極大降低頂板事故安全隱患發生率，對預防頂板事故有著重要的意義。

1.1 確定評價因素

該煤礦頂板作業構建的危險性評價指標體系包括目標層、準則層和指標層3 個層次。其中，目標層反映了該煤礦頂板的危險性水平。準則層為現場管理理論中的人機料法環5 大要素，這5 大要素既基本包含了構成頂板危險性的全部方面，又可以通過這5大基本要素，針對頂板可能出現的危險，找到其危險來源的根本原因。指標層中根據對該煤礦的現場實際調研和反饋，可得共15 項指標對應于5 大基本要素，其對于該煤礦的影響是具體的、可理解的，在實際過程中也是可操作和驗證的，具體為：

式中：U1——人員因素；

U2——機器因素；

U3——材料因素；

U4——方法因素；

U5——環境因素。

式中：u11——作業者的綜合素質；

u12——班組的溝通與協作；

u13——管理與監督的狀況；

u14——企業的決策與規劃。

式中：u21——新設備和技術的引進；u22——設備和支護的維護。

式中：u31——支護材料的選擇；

u32——支護材質的合格情況；

u33——煤礦頂板的自身特性。

式中：u41——支護方式和參數的選擇；

u42——檢測方式的選擇；

u43——頂板組偶也的操作流程。

式中：u51——作業環境的事宜程度；

u52——頂板的地質條件；

u53——企業的安全文化氛圍。

1.2 確定評價等級

刻畫每一因素所處狀態的評價等級：V={危險，警惕，一般，很好}，其中，V代表評價等級集。

1.3 確定評價權重

本文采用層次分析法對所采用的相關因素進行兩兩對比，根據因素的重要性程度及其對應的分值情況對兩者的對比結果進行賦值，將得到的結果構形成判斷矩陣，用A表示。其結果是否可以接受需進行鑒定，對A進行一致性檢驗。其檢驗過程為：計算其相應最大特征根λmax，使之滿足AWλmaxW，其中W為評價因素的權重量，CI=（λmax-n）/（n-1），最后一致性檢驗CR=CI/RI，n為矩陣的階數，CI為一致性指標，CR為一致性比例，RI為平均隨機一致性指標。若CR＜0.10，則A可接受，否則，需重新調整A的值進行計算。其結果如表1 和表2 所示。

表1 一級指標的重要性得分及權重值

表2 二級指標的重要性得分及權重值

1.4 一級綜合評價

在咨詢專家后的數據構造準則層Bi所包含的最底層的模糊隸屬矩陣Ri和權重集Wi，其計算過程為：Bi=Wi×Ri。其中，i對應于準則層五大要素，其值為1，2，3，4，5。

人員因素評價結果為B1=W1×R1=（0.249，0.475，0.276，0），其中W1=（0.564，0.118，0.263，0.055）,

機器因素評價結果B2=W2×R2=（0.425，0.375，0.200，0），其中W2=（0.250，0.750），

材料因素評價結果B3=W3×R3=（0.500，0.380，0.120，0），其中W3=（0.200，0.200，0.600），

方法因素評價結果B4=W4×R4=（0.462，0.429，0.109，0），其中W4=（0.250，0.095，0.655）,

環境因素評價結果B5=W5×R5=（0.453，0.378，0.099，0.070），其中W5=（0.072，0.649，0.279）,

1.5 二級綜合評價

在一級模糊綜合評價運算求出準則層中各項指標所對應的不同評價等級的隸屬度，則二層模糊綜合評價矩陣B=W×R，其中R=（B1，B2，B3，B4，B5）T，B即為最終的綜合評價結果。

B=W×R=（0.336，0.437，0.216，0.011），W=（0.566，0.147，0.039，0.085，0.163），

最后，根據最大隸屬度原則，得到該礦的綜合評價結果為0.437，即該煤礦的安全狀況處于警惕狀態。

2 煤礦危險性原因分析

根據此次評價結果可知，該煤礦處于危險評價等級中的警惕狀態，而導致該狀態的主要原因是該煤礦中的人員因素，其權重高達0.566，遠高于其他因素。進一步探究該人員因素的構成，發現人員綜合素質權重為0.564，遠比班組溝通能力、管理與監督的情況及企業的決策與規劃這三個因素高，可認為人員綜合素質是導致該煤礦警惕狀態的根本原因。為了避免頂板事故的發生，企業應從人員綜合素質著手解決煤礦的安全隱患。根據該礦自身特點，人員綜合素質分為職工的文化結構、安全意識以及疲勞狀態。

2.1 文化結構

職工的文化結構是指職工的文化素養，即現場作業人員的受教育水平。文化結構直接影響作業人員接受新知識的能力，包括理解和接受相應的生產技術、對安全培訓及應變危險情況的掌握能力。經了解，該煤礦頂板作業的職工學歷普遍為高中及以下，具有文化結構偏低的問題。職工在接受生產技能和安全技能培訓時理解不完全；在現場作業經常出現操作不規范的情況；在面對突發險情時，也會出現判斷失誤、應對不及時及處理不當的情況。企業應設法提高現場作業人員的福利待遇和安全保障，吸納高文化水平、高素質的專業人才，才能有效解決該問題。

2.2 安全意識

職工的安全意識是指頂板作業人員建立的安全觀念，在實際作業過程中，安全意識是指對現場中可能引發安全事故的各種隱患時刻保持戒備和警覺的心理狀態。經現場調查，60%以上的人員對作業過程可能存在的安全隱患存在著不會發生的僥幸心理，在實際的作業過程中，這部分人往往會表現出僥幸、無所謂和自以為是等心態，對現場的危險和隱患缺乏警惕意識，從而采取違規操作，給現場帶來不安全隱患。針對現場大多數人員安全意識薄弱的現象，企業應多開展安全事故教育，組織安全培訓，對作業違規現象嚴懲不貸，讓職工意識到危險行為帶來的嚴重后果，使其在作業中時刻保持對危險的警惕性，提高危險作業時的防范意識水平和安全分析及預知危險的能力，將安全生產意識深植于每一個頂板作業者的腦海中。

2.3 疲勞狀態

在頂板作業中，疲勞狀態大多是由于體力疲勞帶來的勞動機能衰退和作業能力下降。該礦井下作業面臨著復雜的地下條件和未知的危險因素，頂板作業本身就是勞動強度較高的作業，緩解職工的疲勞狀態成為急需解決的問題。從職工調查反饋情況來看，當前存在的普遍意見集中于工作環境和輪班制度：（1）在人因工程學中，認為工作環境可以直接影響作業者的疲勞。在實際調查中發現，該礦井下作業環境存在照明、噪聲和微氣候條件等環境不良的問題，這些不良條件無形中增加了礦井下工作人員的肉體以及精神負擔，企業應著手從增加照明、降低噪聲及改善微氣候環境等方面，為頂板作業者提供合適的工作環境。（2）當前該煤礦實行的是三班輪班制，職工普遍反映夜班時更易出現困乏、精神不集中、人體負擔較重的情況，因此人體更容易疲勞，從而導致反應機能降低，工作效率下降的問題，長此以往將會損害作業者的身心健康。目前，針對該現象，國內已有煤礦走出自己的實踐道路——首個全面取消煤礦夜班生產的烏海市，在嘗試取消夜班后，2020 年安全事故數同比下降50%，原煤產量保持穩定，全市全員工效、回采工效分別比2017 年提升了174.04%、99.67%。企業可借鑒此類成功案例，根據自身特點，對當前輪班制度進行合理改進。

3 結語

本文通過現場管理理論中的“人機料法環”5 大基本要素構建新的評價指標體系，結合層次分析法對影響頂板事故的各個因素進行分析處理，根據煤礦發生的歷史事故數據和相關資料，篩選出能夠反映煤礦頂板事故的安全影響因素，最后用模糊綜合評價法對該煤礦頂板的危險性進行了評價。

根據評價結果，對“人機料法環”5 大基本要素進行深入分析，找出了影響該礦安全的根本原因，對此提出改進意見，為該礦管理者提供借鑒，對該礦采取有效措施預防頂板事故發生具有重大意義。