基于层次分析法的煤矿生产区域动态风险评价方法探讨

研究背景

　　煤矿是一个极其复杂的系统，在一个生产区域内，水、火、瓦斯、煤尘、顶板等多种自然灾害因素并存，人为因素又极为活跃，各因素之间联系紧密、互相制约，因此对煤矿生产区域进行安全态势综合评价时，困难之处就是要对这些指标进行相互比较，计算不同指标对生产区域的影响权重。

　　目前，国内外研究人员提出了诸多煤矿企业安全生产安全风险智能评价模型和算法，应用较多的主要包括四大类：专家评价方法、运筹学方法（模糊综合评价法、层次分析法）、新型评价方法（神经网络、灰色评判）、混合方法等。这些方法各有其优、缺点和使用范围，突出问题是这些评价方法面向的风险因素较为单一，智能评价模型处理的数据种类和数量有限，初始赋值困难，导致挖掘的数据价值有限，难以实现全过程、全方位的重大安全风险评价，无法保证评价的准确度，全面、系统的重大风险评价预警平台尚未建立。

　　在众多的评价模型和算法中，层次分析法比较符合煤矿这一特殊复杂的系统。利用层次分析法，对构建的评价指标体系内的指标进行两两比较，比较其之间的相对重要性。当评价指标众多时，直接赋以权重往往非常困难，但是比较两个指标的相对重要程度则非常容易。

　　当采用专家评价法时，通常是对各指标权重进行人工判定直接赋值，或者针对不安全事件，直接人为设定扣分值，这种做法均忽视了不同指标之间的相对重要程度，受人为判断影响严重，指标较多时极容易出现逻辑性错误，因此得出的结果往往不可靠。

　　鉴于上述的情况，有必要探索一种新的安全评价方法，能将层次分析法和专家评价法结合，科学、合理地给指标赋以权重，能够动态计算生产区域的安全态势。

　　2   研究方法

　　基于层次分析法的煤矿生产区域动态安全风险评价方法，分以下几个步骤实现。

　　（1）建立生产区域安全评价指标体系模型。

　　按照矿井生产实际中的“人、物、环、管”四要素，建立安全生产区域四级评价指标体系，其中一至三级为综合指标，即其可以继续细分为多个下级指标，四级指标为末级指标，不可再分。

　　（2）利用层次分析法进行指标权重赋值。

　　①构造判断（成对比较）矩阵。

　　对于已构建的指标体系，在同一级别各评价指标之间，构造判断矩阵。

　　以表1中二级指标为例，构造判断矩阵A，如表2所示。

　　构造判断矩阵的方法是两两比较各指标的相对重要性，如人员素质对技术装备的重要性为1/2，则技术装备对人员素质的重要性为2，二者之间是互为倒数的关系。

　　为了保证评价尺度的标准和统一，判断矩阵通常采用如下的标度方法进行判断。

　　②指标单排序及判断矩阵一致性检验。

　　判断矩阵构造完成后，计算判断矩阵A每一行的几何平均值，可得各行的几何平均值为0.4518，0.7071，3.1302， 1.0000、2.2361，再进行归一化处理，可得人员素质、技术装备、作业环境、安全管理水平、安全生产管理各指标的权重分别为0.0600、0.0940、0.4160、0.1329、0.2971。

　　当评价指标较多时，通过构造判断矩阵，受限于人们认识的多样性和客观现实的复杂性，仍然可能出现逻辑判断的失误或者不同指标之间重要性倍数的错误，造成初步计算所得的指标权重并不合理，比如指标A比指标B重要，指标B比指标C重要，但又出现指标C比指标A非常重要的逻辑性错误。为避免这一情况的出现，就需要通过数理手段进行解决，对判断矩阵进行一致性检验，根据检验结果调整判断矩阵中各指标的重要性赋值，再次进行检验，当检验结果满足要求时，各指标的权重赋值才可采用进行评价。

　　（3）生产区域安全敏感系数设定。

　　设定生产区域的安全敏感系数为1，即当生产区域的总得分变化为1分时，就应该发出预警信息，提示该生产区域的安全态势变化幅度超出了预设的可接受范围，应该引起重视，针对引起这一变化的原因进行处理。

　　（4）评价指标扣分方法设定。

　　对于层次分析模型中的最低一层，即单独的指标初始得分值，则可以通过专家打分或固定赋值的办法获取。如对于矿井瓦斯等级、矿井水文地质类型等静态性指标，可以人工打分赋值，对于瓦斯浓度等动态指标，则默认设定为100。

　　初始赋值以后，需要对每个指标建立扣分规则，比如甲烷浓度，初始值为100分，如果出现超标情况，那么就減去一定的分值，得到当前的分值，然后根据其权重计算出其上一级指标的分值，再根据上一级指标的权重计算出更上一级的分值，直至计算出最高级别的总得分。 　　对于每一指标的具体扣分值，可以通过不同级别指标的权重，计算出各指标对最上层指标的影响权重，比如甲烷浓度对瓦斯灾害的影响权重是40%，瓦斯灾害对作业环境指标的影响权重是41.9%，作业环境指标对生产区域的影响权重是41.6%，那么可以计算出甲烷浓度对生产区域的影响权重是6.91%。当安全敏感系数为1时，计算可得甲烷浓度超标出现一次扣14.34分，即出现一次瓦斯超标就能够在矿井总分中明显表示出来，就应该发出预警，引起重视。

　　按照上述的扣分方式，并不能为所有的指标扣分所使用。这就需要考虑到不同指标之间的相对权重问题。例如对瓦斯灾害进行评价，共有甲烷浓度等多个指标，各个指标的权重不同，将权重最大的指标设为1，按照安全敏感系统计算出权重最大的指标的扣分值，其它指标的扣分值按照该指标的权重与权重最大的指标权重的比值计算。