基于改进AHP的井下运输环节安全模糊综合评价与应用

展 洁 汪贤裕

(四川大学商学院)

我国是能源大国，也是矿业大国，储量以及产量均居世界前列，然而从安全角度来讲，我国却是世界上煤炭安全生产水平最差的国家之一。安全是人类永恒的主题，安全生产是一切经济活动中的头等大事，因此我国煤矿安全生产问题亟待解决［1］。

安全评价技术起源于20世纪30年代，在我国煤矿安全事故频发的今天，开展矿山安全评价更具有现实意义［2］。

近年来，对煤炭安全评价方面的研究较多，研究内容和方法都有所创新，但是对井下资源和物资输送的安全评价方面的研究相对较少。不仅如此，以往对一个煤矿的某个方面进行安全性评价，很少涉及到多个煤矿的交互评价。不同的煤矿有不同的特征，如果用传统的AHP方法来评价多个煤矿的安全性是行不通的，用同一标准对不同煤矿的运输方式进行评价，最终不能得到科学的结论。因此，针对不同煤矿的特点进行多个煤矿的交互安全评价是本文讨论的核心问题。通过建立基于层次分析法的模糊综合评价模型，针对兖州矿业集团旗下3个煤矿自身特征，对不同运输方式赋予不同重要性权重，对同一运输方式采用统一的评价标准，使3个煤矿对各自安全要素的特征进行综合评价，最后根据最优煤矿的评价指标和安全评级，找出其他煤矿在运输环节上的差距。

1 不同煤矿运输安全的AHP模糊分析方法

1.1 建立层次结构模型图

将井下运输分为井下煤炭运输、井下辅助运输和矿井提升运输。其中煤炭运输有刮板输送机和胶带输送机;井下辅助运输是物资和人员在巷道的运输，矿井提升则是衔接矿井和地面的运输环节。结合井下运输特点以及在运输过程中的事故灾害及发生机理，分析井下运输系统中各因素的关系，建立描述系统功能特征的层次结构。将煤矿井下运输方式安全指标作为总目标，选取井下辅助运输、矿井提升运输、矿井胶带运输和刮板运输机运输4个运输方式作为安全的子目标，并在子目标下建立因素指标，以该指标作为各煤矿安全性的具体模糊向量。模型的纵向层次结构由目标层A、子目标层B、准则层C和方案层构成［3］，如图1所示。

图1 煤矿井下运输环节事故评价指标体系［4］

1.2 改进AHP建模思想

由于煤矿不同，运输方式的侧重不同，决定了总目标层对子目标层的权重也不同。这不同于以往用AHP方法对单一煤矿的安全指标进行评判，但井下事故的安全评断标准是一致的，即子目标层对准则层的权重是相同的，也是对传统 AHP方法的继承［5］。本文对传统AHP方法进行改进，对多个煤矿的矿内运输安全进行评价。

1.2.1 目标层权重分析

下面分别对兖矿旗下的3个矿井进行分析。

兴隆庄煤矿地处山东境内，煤矿内部结构平坦，坡度较小，没有断层结构;煤层距地面较近，煤层较浅;矿内弯道不多。

菏泽赵楼煤矿与兖州煤矿同处于一个煤层带，因此矿内结构差异不大，但矿内弯道稍多于兖州煤矿。

山西天池煤矿地处山区，因此煤层结构稍显不平，倾角较大;煤层距地面较远;矿内弯道较多。

运输和提升方式的选择，主要取决于煤层的埋藏特征、井田的开拓方式、采煤方法及运输工作量的大小。由于地理环境、井下建设需要以及建设成本等因素，每个煤矿都有各自的特点，因此不同的煤矿目标层对不同的运输方式，即子目标层的权重是不同的。

1.2.2 准则层和子准则层权重分析

井下运输环节每个方面都有安全事故隐患，由于各个煤矿的运输设备购置、人员操作规范以及煤炭和人员输送流程都是统一的，所以井下运输的每个方面发生的事故虽不尽相同，但事故的评判标准是一致的，也就决定了3个煤矿子目标层与准则层的安全性权重是一致的。这一层保持了原有AHP方法的运用。

1.3 模糊数学综合评价模型

(1)确定因素层次。目标层因素集U={A}，子目标因素集 U'={B1，B2，B3，B4}，准则层因素集U'1={C1，C2，C3}，U'2={C4，C5}，U'3={C6，C7，C8}，U'4={C9，C10，C11}［6］.

(2)建立备择集。V={v1，v2，…，vP}，本文将评语分为安全、较安全、一般安全、较危险、很危险5个等级的模糊表达档次，并用评语级 V={v1，v2，v3，v4，v5}表示［4］。

(3)设兴隆庄煤矿、天池煤矿和赵楼煤矿的目标层权重分别为 λ1、λ2、λ3，准则层权重分别为 w1、w2、w3、w4。

(4)建立单因素隶属度Ri，计算模糊综合评价集M。

子目标层模糊综合评价的单因素评价矩阵R为

本文采用模糊算子(+，·)的方式。

2 兖州煤矿矿井运输

2.1 煤矿井下运输环节事故评价指标权重计算

通过对兖州煤矿工程类专家以及工程师的咨询，选取了兖矿旗下3个各具特色的矿井，分别对3个煤矿专家进行了访问调查。根据问卷调查的结果，分别设天池煤矿、兴隆庄煤矿和赵楼煤矿目标层的判断矩阵为A1、A2、A3，子目标层的判断矩阵为B1、B2、B3、B4，按照 AHP 的计算步骤，得出 3 个煤矿目标层和子目标层的判断矩阵以及处理结果［7］，分别见表1、表2。

表1 3个煤矿目标层判断矩阵及结果

表2 3个煤矿子目标层判断矩阵及结果

由表1可知，3个煤矿的目标层权重分别为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个煤矿的准则层权重为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 煤矿井下运输环节模糊评价

找到3个煤矿的10位专家组成井下运输评审组，用投票的方式让专家对3个矿井的4种运输方式评分。

2.2.1 山西天池的评价

由评价表可以得出，山西天池煤矿井下辅助运输的单因素评价矩阵R1，同理可以得到该矿4种运输方式的单因素评价矩阵R2，R3，R4，分别为:

天池煤矿井下运输方式的子目标层综合评价为

由子目标层评价结果得到该矿井下运输方式目标层综合评价矩阵R:

2.2.2 兖州兴隆庄煤矿的评价

兴隆庄煤矿井下运输方式的子目标层综合评价为 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).

由子目标层评价结果得到该矿井下运输方式目标层综合评价矩阵R':

2.2.3 菏泽赵楼煤矿的评价

菏泽赵楼煤矿井下运输方式的子目标层综合评价为 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).

由子目标层评价结果得到该矿井下运输方式目标层综合评价矩阵R″:

根据煤矿安全质量标准将煤矿分为5个等级，一级考核评分90分以上，二级80分以上，三级70分以上，四级60分以上，四级以下记为0分［8］。根据考核评分标准将评判结果做归一化处理，并将评价级数数量化，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.

通过对3个煤矿的矿长、工程师、技术员和班长等10位专家级人员的寻访得知，兖州矿业集团的煤炭生产安全工作在全国煤矿行业中排名是十分靠前的。就企业内部的煤矿井下运输，安全性差异并不大。本文所选的3个煤矿，山东省境内的两个煤矿井下运输安全性要稍优于山西天池矿，差距在于山东境内煤矿的地下煤层地势较为平坦，而山西煤矿井下坡度较大，弯道较多，这一点上，需要提高天池煤矿井下员工的安全意识和员工整体素质，以弥补地势上的不足;井下运输规范性兖州兴隆庄煤矿最好，该矿开发要早于其他两个煤矿，因此井下运作较为系统和规范，这一点上需要企业内部人员之间多进行经验交流，取长补短，共同营造安全的井下运输环境。

3 结论

(1)分析AHP层次分析法的权重。根据目标层的安全权重可知，井下辅助运输方面安全性最高的是菏泽赵楼煤矿，矿井提升运输方面安全性最高的是兖州兴隆庄煤矿，胶带输送机运输方面安全性最高的是山西天池煤矿，刮板输送机运输方面安全性最高的是菏泽赵楼煤矿;根据准则层的安全权重可知，井下辅助运输方面车辆跑偏事故率最低，矿井提升运输方面错发开车信号使容器过卷事故率最低，胶带运输方面运输机打滑起热着火事故率最低，刮板输送机运输方面机头机尾突然上翘伤人事故率最低。

(2)按模糊综合评价的最大隶属原则，兖州兴隆庄煤矿、山西天池煤矿、菏泽赵楼煤矿井下运输等级都属于安全。根据评分结果可知安全性最好的是兖州兴隆庄煤矿，其次是山西天池煤矿，最差是菏泽赵楼煤矿，但三者比分相差很小。

(3)AHP层次分析法和模糊评价是对专家及井下工作经验丰富的技术人员进行调查询问并设计调查问卷，从中提取数据，再根据数据的科学计算得出的结果，所以具有一定的真实性和科学性，在实际应用中具有一定的参考价值。

(4)AHP和模糊评价方法中的评价和打分具有较强的主观性，每个人对煤矿了解的侧面不同，给出的评价就会有差异［8］，因此本文的建模也具有一定的局限性。

［1］ 陈维民.神华集团企业安全文化评价系统［J］.中国安全科学学报，2006(9):95-99.

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［3］ 张建平，王 珍，路聚堂.精细化煤矿安全管理体系研究与应用［J］.煤矿安全，2012(1):190-192.

［4］ 薛文战.基于SEM的煤矿安全体系评价分析［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］ 卜时珍.一种基于Fuzzy改造AHP法的应用数学评价模型研究——以企业绩效评价为例［J］.网络财富，2009(2):166-167，168.

［7］ 程乾生.层次分析法AHP和属性层次模型AHM［J］.系统工程理论与实践，1997(11):25-28.

［8］ 黄福昌，倪兴华.兖矿集团矿井辅助运输技术规范［M］.北京:煤炭工业出版社，2008.