1、 專業技術文件 / Technical documentation 編號： 煤礦安全評價量化計算方法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：_煤礦安全評價量化計算方法溫馨提示：該文件為本公司員工進行生產和各項管理工作共同的技術依據，通過對具體的工作環節進行規范、約束，以確保生產、管理活動的正常、有序、優質進

2、行。本文檔可根據實際情況進行修改和使用。 td=“13509” 煤礦井下生產系統是一個由人、機、環境組成的復雜系統, 作業單元和空間分布都極其復雜, 存在瓦斯煤塵爆炸、突水、井下火災、頂板事故、瓦斯突出、機電事故等災害和危險。井下生產系統空間上立體分布, 時間上動態發展, 井下事故具有動態性、隨機性和模糊性, 不同災害之間在時間和空間上具有相關性。 近年來, 安全評價技術的研究在世界范圍內受到廣泛重視。我國研究人員采用諸如安全指數法、概率風險法、指數法、分值法等不同的方法, 將概率統計方法、模糊數學、神經網絡和灰理論等運用到安全評價中, 建立了一系列的煤礦安全評價方法。煤炭科學研究總院重慶分院

3、采用安全檢查表和安全指數法等評價方法在安全評價領域作了大量的工作。在煤礦安全評價中, 針對不同的災害類型, 有必要采用不同的安全評價方法。運用數學方法時其計算過程一般都比較復雜, 需要編程實現安全評價過程中的計算。此外, 建立煤礦安全專家系統的任務之一就是集中專家知識, 建立安全評價數學模型, 實現安全評價程序化運算。因此, 研究煤礦安全評價方法及其量化計算方法對推進我國煤礦安全評價的發展有著重要的現實意義。 1 煤礦井下災害危險程度評價 將面向對象技術的思想和方法運用于煤礦安全評價中, 可利用面向對象技術的模塊性、繼承性、封裝性和易維護性等優點, 實現不同安全評價方法的綜合運用。建立安全評價

4、模型時, 可根據煤礦井下不同評價單元存在的各種災害類型的具體特點, 選用相應的方法進行分析和評價。 1.1 基于絕對風險值的安全評價方法 通過精確的、科學的分析和計算, 得出某一時間段內事故發生的概率值和損失值, 這個概率值和損失值的乘積就是風險的絕對值。人們進行安全評價的時候, 都希望能得到事故風險的絕對值, 準確地反映評價對象發生事故的危險程度。但事故的概率很難得出, 事故的影響因素一般都屬于隨機事件, 其安全風險指標需要重復進行大量的隨機實驗、非常復雜的可靠性分析或者對大量的事故進行分析和數據統計才能得出。事故樹分析方法就是典型的絕對風險值評價方法。 1.2 基于相對風險值的安全評價方法

5、 對事故的危險程度評價一般采用間接的方法, 通過對影響事故發生可能性和后果嚴重程度的各內因和外因的分析與綜合, 可以得到風險的相對值。目前一般的安全評價結果, 都是相對風險, 而非絕對風險。對于煤礦井下生產系統這樣一個復雜的大型系統, 其災變機理、途徑等基本因素難以確定, 因素狀態模糊性強, 事件失效為小概率事件且難以人為重復實驗。模糊可能性的優點就在于它和獨立實驗無關, 一般用其可能性最大的狀態。常用的專家打分法、模糊綜合評判、灰理論和神經網絡等評價方法都是基于相對風險值的安全評價方法。 1.2.1 煤礦安全評價單元劃分 煤礦井下不同位置的自然環境、危險因素, 以及人員等因素各異, 因此必須

6、將井下系統劃分為不同的評價單元分別進行評價。評價單元可采用以下方法進行劃分: 1）采掘工作面及其附屬巷道作為獨立評價單元； 2）主要巷道可根據其所在位置, 特點或功能劃分為獨立評價單元； 3）主要硐室可根據其所在位置、特點或功能劃分為獨立評價單元； 4）其它地點視其具體情況劃分為單獨評價單元或歸入其它獨立評價單元。 對不同的評價單元, 分別評價不同類型災害的危險程度。 1.2.2 建立安全評價指標體系 災害影響指標可分為易發生和后果嚴重程度兩類, 根據評價的要求, 對煤礦評價單元的各種災害的影響因素進行分析, 根據專家意見對評價指標進行重要度排序, 對安全評價指標進行重要性篩選。根據引發事故的

7、各種影響因素之間的作用關系, 基于事故樹的思想, 建立災害評價多層次指標體系。災害評價多層次指標體系按災害類型對評價指標進行劃分, 每一種災害按易發性和后果嚴重程度劃分下一層次指標。易發性和后果嚴重程度的下層指標可根據不同災害的特點和安全評價的目的和需要劃分。 1.2.3 評價指標隸屬度確定 度量評價系統狀態及其因素狀態程度的尺度確定, 一般為:基于客觀評價系統狀態發展變化規律；專家群體理論知識、實踐經驗的集中歸納提取；數據統計分析結果。實際評價通常是這3處技術途徑的綜合。 基于模糊理論, 如果用論域U0, 1上的數值表示系統危險屬性的可能性程度值, 則存在一映射=- A（x）, 把因子X映射

8、到U:- A（x）:xU, x0, 1, 其中- A（x）為系統某屬性因子危險程度的隸屬度函數。 對煤礦安全進行分級評價是常用的方法, 首先確定分級, 即論域Uu1, u2, , un, 設A是U上待確定其隸屬函數的模糊集, 專家評判法建立隸屬度函數的過程為: 1）請m位專家, 讓每位專家分別對每一個ui（i=1, 2, , n）給出一個隸屬度A（ui）的估計值, 設第j位專家給出的估計值為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, 則請專家重新給出估計值, 然后再計算平均值S()i及方差di

9、。重復這一過程, 直到di。設在第k輪時達到了要求, 此時再請每位專家給出所估計值得“確信度”, 設為cj（j=1, 2, , m）, 其中0cj1。求它們的平均值c()。 3）若c()的值達到了一定的標準, 就以S()i作為ui的隸屬度A（ui）。 如果考慮各個專家的情況不同, 希望某些專家的意見占較大的比例, 則可以為每個專家分配一個權值j（j滿足j0, 且 ）。 1.2.4 評價結果合成 安全評價系統狀態構成要素具有復雜性及層次結構性特點, 上層因素的合成方法按照構成要素的合成法則, 可分為:加法模型；乘法模型；函數模型；模式識別最大隸屬原則方法模型；加權和模型；模糊積分模型。事故發生可

10、能性和事故后果嚴重程度的評價結果合成為相對風險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。 多種災害危險性評價結果的合成可采用加權和或者模糊綜合評判等方法。權系數確定可采用專家意見法確定, 也可采用對事故數據進行統計的方法。安全評價的最終結果是管理和決策的依據, 但對于安全專家系統而言, 評價的中間結果更為重要, 多層次評價模型可以得到一系列的中間評價結果, 都可作為專家系統制定安全對策的依據。 1.2.3 災害影響因素相關性處理 煤礦井下環境復雜, 不同災害之間存在相關性, 因此計算災害后果嚴重程度的時候, 必須考慮引發二次災害造成的可能性和后果嚴重程度, 將兩次事故的后果嚴重程

11、度合并。二次災害發生可能性和后果嚴重程度可作為災害的后果嚴重程度的下層影響因素, 一般采用加權和方法合并。 2 安全評價量化計算方法 2.1MATLAB簡介 MATLAB是Math Works公司開發的科學計算軟件, 擁有強大的矩陣運算功能, 還有Fuzzy模糊數學專用工具箱。MATLAB可以被C/Fortran程度調用, 也可以調用C/Fortran編制的程度, 還可以與Java、Visual Basic等語言編制的程序進行交互, 是理想的安全評價計算軟件開發環境。 2.2 隸屬度函數 對常用隸屬度函數分布的確定, 只需要明確函數類型和確定決定函數類型的參數即可。如梯形分布trampfa1

12、a2 a3 a4, 共4個節點；三角形分布trimfa1 a2 a3, 共3個節點。當a2a3時, 梯形分布轉化為三角形分布；當a1a2時, 梯形分布轉化為降半梯形分布；當時a3a4, 梯形分布轉化為升半梯形分布。編程實現時可模塊化編程實現調用。 根據選取的量化方法不同, 論域Uu1、u2, , un上隸屬函數表達方式, 可以是論域內m（mn）個函數分別對應指標對ui的隸屬度函數, 也可以采用分段函數表達。 2.3 指標權值確定方法 評價指標的權向量W1、2, , n是用來刻畫評價指標重要程度的正數, 其中i表示評價指標xi的重要程度。在加權綜合評價方法中, 有許多種權系數的確定方法, 比較常

13、用的是層次分析法。層1 2 下一頁 td=“13509”次分析法是一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法。采用MATLAB進行編程實現矩陣運算, 求層次分板法判斷矩陣最大特征值max及其所對應的特征向量, 并進行一致性檢驗和特征向量歸一化, 得到權系數向量, 可極大地簡化計算過程。 2.4 合成運算 系統評價災害危險程度Uu1、u2, , un, 評價指標的權向量W1、2, , n, 則本層指標對上一層次指標的危險度評價值為:BW。U, 其中“。”為誘導算了, 可根據不同的評價方法選取。模糊綜合評判評價結果合成采用加權和方法, 合成計算方法:指標隸屬度評價結果由程序得出, 可得其上層指標

14、的所有評價指標的隸屬度, 為行向量；權向量為列向量；誘導算子采用“”, 得出的結果BWU是該上怪指標的評價中間結果。該中間結果也是行向量, 求更上一層評價指標的評價結果時, 代入該向量進行運算。 2.5 評價結果分級 設AF()（U）, i=1, 2, , n, 對u0U, 若存在i0使。 Aio（u0）=maxA1（u0）A2（u0）, , An（u0）, 則認為u0相對隸屬于Ai。 各指標和合成的上層指標的隸屬度定量結果后, 根據最大隸屬度原則, 可以得到各級評價指標的定性分級結果, 即在得到采煤工作面自燃危險性等級的同時, 也可得到各指標的安全分級中間結果。 3 采煤工作面自燃危險性評價

15、模型 采煤工作面自燃危險性評價模型是作者綜合煤礦工傷保險安全分級評價項目研究成果和非煤行業評價經驗, 總結常用煤礦安全評價方法及安全評價最化方法的優缺點, 針對煤礦安全預警系統和安全專家系統對安全評價的需要, 研究得到的采煤工作面自燃危險性評價方法。 通過對煤礦井下采煤工作面自燃危險性影響因素的分析, 建立了以采煤工作面作為自燃某本評價單元、面向對象的多層次自燃危險性評價模型, 可用于煤礦安全專家系統中的采煤工作面安全預評價和安全生產現狀評價。 該評價模型將自燃危險性影響因素分為易發性和后果嚴重程度兩類, 將自燃危險性劃分為安全、一般、危險、很危險4個等級, 根據建立的模糊綜合評價模型, 選取了10個已完成開采的具有不同特點的采煤工作面進行了評價試算以完善評價模型。經試驗工作面評價驗證, 自燃危險性評價結果與實際自然發火情況有較好的一致性。該方法編程容易實現, 應用于安全專家系統之中, 可為采煤工作面自燃火災防治提供決策依據。 4 結論 采用面向對象的方法建立煤礦安全評價的多層次結構指標體系和評價模型, 實現煤礦井下多個評價單元和多種災害的相對危險性評價和合成, 是煤