模糊综合评价模型在非煤矿山安全标准化中的应用研究

陶婷婷，王 志，胡东涛

(中钢集团武汉安全环保研究院，湖北 武汉 430081)

面对现代安全生产管理模式的发展，2004年，《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》指出，要制定和颁布重点行业、领域安全生产技术规范和安全生产工作标准，在全国所有工矿、商贸、交通运输、建筑施工等企业普遍开展安全标准化活动。2010年7月19日国务院发布的《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》进一步强调了“全面开展安全达标”。非煤矿山作为高危行业之一，据统计，2001～2010年，全国非煤矿山累计发生事故16791起，死亡21251人，平均年发生事故1679起，死亡2125人。因此，研究和制定金属非金属矿山安全生产质量标准，并将其模块化、标准化，增强其可操作性，是促进矿山安全监管手段创新，逐步实现对矿山企业安全生产依法监管的技术保障。

至今，安全标准化规范已推行三年，研究发现非煤矿山安全标准化系统存在一定的问题。如金属非金属矿山安全标准化规范运行控制的范围仅仅是主要工艺过程和关键设备的运行和维护，缺失了各种辅助作业及后勤、行政办公等存在不可接受风险的其他作业和活动。另有，评定指标针对各元素的赋值过于刚性，缺乏一个可选择的范围。基于这些问题，本文建立了模糊数学综合评价模型弥补这一不足，使安全标准化系统更能满足企业的综合管理要求。

1 模糊综合评价方法介绍

模糊数学诞生于20世纪70年代，模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰、系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决，现已广泛应用于经济、水利、气象、机械、矿山等行业的综合评价决策[1-3]。

由于矿山生产工艺复杂、作业环境条件差、事故发生概率高于其他生产企业，为了预防矿山事故的发生，必须对其生产过程的每个环节进行危险性和安全评价。评价系统的各因素都具有不确定性、随机性和模糊性，还涉及到评价人员的心理因素和所具备的信息量，这就使得安全指标的确定出现不精确[4]。为了更科学地确定评价指标的安全度值，采用模糊综合评价法，利用模糊数学的原理，把安全评价中不确定的因素采用专家打分法进行量化，通过使各评价指标权重更加符合工程实际，实现对矿山安全的多层次综合评价，弥补安全标准化系统存在的不足。

2 建立模糊综合评价模型

在安全标准化系统14个元素的基础上[5]，结合矿山企业的实际情况建立模糊综合风险评价模型，对矿山企业的安全管理评定出一个等级，与标准化评定标准定出的等级进行比较分析，修正模型，具体的思路如图1所示[6-9]。

图1 建模思路

2.1 建立评价等级集合V

V={v1,v2,…,vn},一个等级对应一个模糊子集，一般情况下评价等级数n取[3，7]中的整数，由于标准化评定标准把矿山企业分为5个等级，因此，n也取5。

2.2 建立评价对象因素集合U

U={u1,u2,u3,…,um}，评价对象因素集合U就是m个评价指标的集合。评价指标的选取要满足评价对象的完备性、独立性、可行性以及通用性4个基本原则。

2.3 确定一级指标评价因素的权向量A

A=(a1,a2,…,am)m=5，结合安全标准化评定标准的给分对一级指标进行给分，并作归一化处理得到一级指标权向量A=(a1、a2、a3、a4、a5)。

2.4 确定二级指标评价因素的权向量Ai

A1=(a11,a12,a13,a14,a15,a16,a17,a18)

A2=(a21,a22,a23,a24,a25,a26)

A3=(a31,a32,a33,a34,a35)

A4=(a41,a42,a43,a44,a45,a46)

A5=(a51,a52,a53,a54,a55,a56)

2.5 建立单因素模糊评价矩阵

由U、V之间关系得出评价矩阵R：对U中ui作单因素评判，从因素ui来确定评语集Vj(j=1,2,3,4,5…，n)的隶属度rij，这样就得到ui的单因素评价集Ri={ri1,ri2,ri3,…,rin}；U中所有因素的评价集为矩阵R。因此确定评语等级论域V={好(安全)，较好(较安全),一般(安全性一般)，不好(较危险)，差(很危险)}(圆括号内外的评语等同,在检查统计表中分别用1,2,3,4,5来表示)。这个阶段邀请10名矿内比较熟悉的专家对各个二级指标进行打分。根据专家打分情况建立单因素评价矩阵R1。

单因素评价：

Bn=AiRn(n=5)

(1)

2.6 进行多层次综合评价

确定评价结果B集合

(2)

3 实例验证

广西某矿业有限公司是桂东南地区最大的铅锌矿生产基地，公司下辖古益、河三两个独立采选单位和苍梧县有色金属冶炼公司冶炼单位。

矿区属广西佛子冲-河三铅锌矿田的一部分，全矿分为河三和佛子冲两个矿区。矿山上部无村庄，矿区总面积13.285km2，采选能力合计为1500t/d，主要产品是铅、锌精矿，并附产铜精矿，综合回收银。矿山开采方式为地下开采，采矿方法视矿体实际情况采用空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法。古益尾矿库(设计)服务年限30a；河三尾矿库(设计)服务年限10a。主要采矿生产工艺流程：回采工作面采用风钻凿岩，爆破放矿，人工控制漏斗闸板放矿装车或用装岩机装到矿斗车，矿石用有轨电机车拉运至各中段溜井或斜井调车场，再提升到主平硐，运至地面贮矿场。古益矿区设有一个地面炸药总库和两个井下炸药临时库，河三矿区设有两个井下炸药临时库，由地面炸药总库向各井下炸药临时库提供炸药。地面炸药总库最大库存量为30t，日使用量为1t，井下炸药临时库最大库存量为2t。

3.1 建立评语等级

根据标准化等级划分，暂不考虑百万工时伤害率和百万工时死亡率，建立的评语等级为V={安全、较安全、一般、较危险、危险}，并对其赋值为V={0.95，0.80，0.65，0.55，0.45}[10]。

3.2 建立评价对象因素集合

基于评价指标的选取原则，结合安全标准化地下矿山评定标准的14个元素，m=5，确定了如图2所示的评价对象。

图2 矿山风险因素评价指标

3.3 确定一级指标评价因素的权向量A

基于铅锌矿的实际安全状况，结合非煤矿山安全标准化评定标准，确定了各一级指标的权重分值，并作归一化处理确定了一级指标的权向量见表1。

A=(0.2690，0.1403，0.2079，0.2211，0.1617)

3.4 确定二级指标评价因素的权向量Ai

与一级指标用同样的方法，确定了二级指标权向量见表1。

A1=(0.0705，0.0920，0.2116，0.3497，0.0675，0.0859，0.0613，0.0613)

A2=(0.1765，0.1765，0.1765，0.1765，0.1765，0.1176)

A3=(0.2143，0.0794，0.2143，0.2301，0.2619)

A4=(0.2015，0.2015，0.2015，0.1493，0.1493，0.0746)

A5=(0.1020，0.2347，0.1224，0.1224，0.1224，0.1939)

表1 指标体系及权重赋值

3.5 进行单因素模糊评价

根据评语等级采用专家打分法建立单因素评价矩阵Ri如下列：

代入公式(2)得：

B1=A1R1=(0.1411，0.2656，0.4119，0.1574，0.0239)

B2=A2R2=(0.0883，0.2706，0.4824，0.1588，0)

B3=A3R3=(0.0818，0.3127，0.4492，0.1135，0)

B4=A4R4=(0.0575，0.2105，0.5112，0.1784，0.0202)

B5=A5R5=(0.1834，0.2425，0.4096，0.0468，0)

3.6 进行多层次综合评价，确定B

将A、R代入公式(2)得：B=(0.1105，0.2602，0.4511，0.1352，0.0109)

为了便于比较将上述评价结果转化成分值得：

F=B×V=0.1105×95+0.2602×80+0.4511×65+0.1352×55+0.0109×45=68.65

3.7 与安全标准化自评等级进行对比分析

综上，该矿的安全等级为三级即安全状况为一般，和非煤矿山安全标准化自评等级是一致的，但是模糊综合评价模型比评价标准更简便、易行，可见该矿山安全状况还欠理想，不能掉以轻心，应严防事故的发生。建议该矿立即进行安全大检查，排除各种隐患，提高安全管理水平。

4 模型程序实现

为了使本模糊综合评价模型具有更广泛的应用，本文采用了visual C++语言对模型进行编程。

企业经过授权后输入用户名和密码即可登录软件开展安全标准化的自评。自评时各个矿山企业可根据实际情况采用本程序进行专家打分评价，简便易行。

5 结 论

模糊综合评价模型指标体系从管理风险因素、设备风险因素、工艺风险因素、环境风险因素、应急和事故风险因素五个方面来考虑，能全面地反应矿山安全状况，为客观的评价打下了基础。模糊综合评价模型在非煤矿山安全标准化评定标准的基础上改进了其指标体系，使得矿山安全评价更得简单、易行，使得安全标准化系统的自评变得简便、易行。

模糊综合评价模型突出了某些重要因素，适当考虑了其他影响因素，但是模型缺少具有否决项的因素，这种因素的处理还有待于更进一步的研究。另外模糊综合评价模型仍未能改变安全标准化系统评价受专家水平的影响，在建立模型时仍基于专家打分确定权值，更加客观的权值确定方法有待进一步研究。

[1] Zimmermann,H.J.Fuzzy Programming and Limear Programming with several objective functions[J].fuzzy sets and systems,1978(1):46-55.

[2] 杨伦标，高英仪.模糊数学原理及应用[M].2版.广州：华南理工大学出版社,1992.

[3] 陈守煜.系统模糊决策理论及应用[M].大连：大连理工大学出版社，1994.

[4] 吴丽萍，吴世跃，郭勇义.模糊数学在矿山安全综合评价中的应用[J].太原理工大学学报，2006，37(2)：130-133.

[5] 国家安全生产监督管理总局.金属非金属矿山安全标准化规范[S].AQ2007.1-2007.5.

[6] 谢正文，孔凡玉.基于熵技术的矿山安全模糊综合评价[J].中国计量学报，2007，18(1)：80-82.

[7] 陈盎光.模糊灰色在安全评价中的应用[J].矿业安全与环保，2006，33(1)：82-85.

[8] 丽萍，吴世跃，郭勇义.模糊数学在矿山安全综合评价中的应用[J].太原理工大学学报，2006，37(2)：131-134.

[9] 郑贤斌，陈国明.基于烟技术的石化企业安全模糊综台评价方法研究[J].中国安全科学学报，2004，14(2)：109-112.

[10] 金属非金属地下矿山安全标准化评定标准(试行).