轮斗－卡车采矿工艺安全评价体系研究

徐汉宝

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

安全与环保

轮斗－卡车采矿工艺安全评价体系研究

徐汉宝

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

轮斗－卡车采矿工艺具有工艺系统简单、机动灵活和便于选采等特点，在我国煤矿已得到应用。应用模糊综合评价方法，通过对轮斗－卡车采矿工艺各环节的研究，建立适合的安全评价体系，为矿山的安全生产提供保障。

轮斗－卡车；采矿工艺；安全评价；模糊综合评价

0 引言

轮斗－卡车工艺是采用轮斗挖掘与卡车运输相互配合的半连续工艺，它有轮斗连续工艺自动化程度高、生产效率高、开采强度大及选采适应性强的特点，又保留了卡车间断工艺的机动灵活、适应性强等诸多优点[1]。

轮斗－卡车工艺已在煤矿得到应用[2]，如白音华矿区和国投哈密一矿一分区，都采用了此种工艺进行采煤。随着现有矿山生产工艺的多样化，轮斗－卡车工艺将逐步在矿山生产中得到推广。在目前我国对矿山安全生产的严格管控的背景下，各个矿山企业已引进“质量标准化”、“风险管理”等手段达到矿山安全生产的目标，此时，对矿山生产的各个环节中潜在风险因素进行分析，对整个开采工艺系统进行安全评价将更具有现实意义。

1 安全评价方法选择

安全评价是一个系统工程，随着安全在矿山生产中逐步得到重视，各种安全评价体系和方法也逐步得到开发和应用[3]。常见安全评价方法有定性分析法、定量分析法、概率风险价法和危险指数评价法等，具体方法主要有专家评议法、安全检查表分析法、风险矩阵法、安全度分析法、故障假设分析法、层次分析法以及模糊综合评价法等。

现有常用的矿山生产工艺安全评价方法主要是用于评价生产工艺各环节中存在的人的不安全行为和物的不安全状态等。考虑到轮斗－卡车采矿工艺具有多种属性，既要考虑大型设备的调移环节、采装作业环节，又要考虑后续的运输环节[4]，同时还要兼顾工艺中辅助环节的作业安全。每个工艺环节构成一个既相对独立又有绝对联系的整体，对工艺进行安全评价时，需要对各个环节相关因素做综合考虑，即需要对工艺系统进行综合评价。考虑到轮斗－卡车采矿工艺的多因素、多环节和多层次的特性，模糊综合评价方法适合此工艺的安全评价。

2 模糊综合评价方法

糊综合评价考虑被评价事物相关因素的内在关系，构造不同层级的模糊子集，应用模糊变换等原理，最终对各层级各指标进行模糊综合评价。

设评价因素级为U={u1，u2，u3，……um}，其中，ui（i=1，2，3，……m）是评价因素集中的第i个被评价因素；

评语级为V={v1，v2，v3，……vn}，其中，vj（j= 1，2，3，……n）是评语集中的第j个评价等级，评语等级可用优、良、中、差4个等级或其他表示方式来描述。

模糊评价一般分几个步骤。

1）首先对评价因素集合中的各个单因素ui（i= 1，2，3，……m）做单因素评价，对应的评价等级为vj（j=1，2，3，……n），从ui确定的单因素评语集可设为ri：

ri即为选择集V上的模糊子集，此时评价集中有m个被评价因素，即有m个评价子系统，可确定出m个单因素评语集，这样即可利用评价矩阵与评语集的笛卡尔乘积得到一个综合评价的模糊矩阵R。

2）在诸多的评价因素ui（i=1，2，3，……m）中，有些因素在总评价中的影响程度可能大些，而另一些因素在评价中的影响程度可能小一些，影响的程度大小即是一个模糊择优问题，此时可为影响程度大小建立出一个模糊子集A。

3）当模糊子集A和模糊关系矩阵R为已知时，可做模糊变换进行综合评价，即

3 轮斗-卡车采矿工艺安全评价

3.1 轮斗-卡车采矿工艺安全因素分析

轮斗挖掘机是基于链斗挖掘机和单斗挖掘机等设备逐步发展起来的，是目前效率较高的挖掘设备，由受料臂、排料臂等较大结构组成，是目前矿山中最大的成套挖掘设备之一[5]。轮斗-卡车工艺有多重环节，以其作业形式可分为轮斗调移环节、采装环节、卡车运输环节和辅助作业环节，以轮斗-卡车工艺中采装环节为例，又可以分为如下具体环节：

1）工作前准备，司机及其机组人员必须经过培训，考试合格取得上岗证后，方可上机操作，严禁出现无证等“三违”情况出现，开采方案、安全技术措施等技术交底和贯彻落实到位后方可进行开采作业，严禁出现未交底、贯彻或贯彻未到位就操作施工的情况，是否做好交接班记录，严禁出现未交接班即作业情况；

2）采装工作安排，采装工作面具体安排要符合设计，严禁出现违反作业规程、操作规程等情况，采装工作线推进方向的安排要考虑整体规划，装车工作面的安排要符合装车作业要求，保证装车作业安全，留足采装、运输设备之间的安全距离，严禁出现违规作业；

3）安全用品检查，作业人员是否佩戴好防尘口罩、安全帽等劳保用品，是否使用专业的配套工具，机上是否配备灭火器等消防设施，是否定期检查、更换，做到不安全不施工；

4）设备检查，要检查设备检修等记录是否齐全，各项电气设备是否完好，采装设备是否完好，杜绝设备带病作业；

5）采装作业情况，采掘工作面矿体的结构是否满足轮斗的开采要求，由于轮斗斗轮尺寸的影响，考虑到采装效率，矿体的结构应满足轮斗技术要求，采掘工作面矿体的倾角是否满足轮斗技术参数的要求，轮斗的自身结构要求矿体倾角不能大于其额定最大允许角度，矿体的岩性是否适合轮斗开采，轮斗采矿时有其线切割阻力的要求，采、装能力及质量是否达到预期，轮斗-卡车工艺最重要的一个考核指标是其实际的工作能力是否满足实际需求，采装质量知否符合要求。

轮斗-卡车采矿工艺其他环节亦具有其具体环节，分析方法同上。

3.2 轮斗-卡车采矿工艺安全评价体系建立

3.2.1 安全评价指标选取

轮斗－卡车采矿工艺的安全评价体系是多层次、多因素的，安全评价指标的选取将决定被评价体系最终的安全度。根据以上对本工艺系统的分析，具体环节有轮斗调移环节、轮斗开采环节、卡车运输环节和辅助作业4个主要环节，即本评级体系一级指标，具体如图1所示。

图1 轮斗－卡车工艺安全评价一级指标

考虑到轮斗－卡车工艺中各个环节的复杂性，在一级指标的基础上还需对各个安全生产环节的各个子环节进行评价，即二级指标的选取。根据上节对轮斗－卡车工艺中的采装环节的分析，共有以下几个子环节：工作前准备；采装工作安排；安全用品检查；设备检查；采装作业情况等。同样，其他几大环节同样具有其子环节：轮斗调移环节，有调移前准备、调移线路的安排、调移过程中管控等子环节；卡车运输环节，有运输准备工作、运输车辆检查、运输过程中监控等子环节；辅助作业环节，有辅助设备的安排、辅助设备配合作业等子环节。

以上各个子环节数量较多，且这些指标对工艺系统的影响都举足轻重，现有矿山安全评价引入风险值概念，即利用风险矩阵法，对矿山进行危险源辨识，同时给出风险等级[6]。风险值一般由风险发生可能性及发生后可能造成的损失两者决定。根据矿山生产的特点，工艺风险值一般分为4类：一般风险、中等风险、重大风险和特别重大风险，其风险值范围可划分为4个档，依次为1～10、11～20、21～30和31～40，由此可确定本工艺系统安全评价的二级评价因素集合，即X={特别重大风险x1，重大风险x2，中等风险x3，一般风险a4}。二级评价指标选取后，还需对每个指标再做细分，即三级指标，如针对于采装环节的一般风险有工作前准备、采装工作安排和安全用品检查。鉴于轮斗－卡车工艺作业环节的复杂性，对三级指标仍然可以做具体细分，如工作前准备环节可细分为：司机必须经过培训，考试合格取得上岗证后，方可上机操作；采装方案、安全技术措施等技术交底、方案贯彻是否到位等。以轮斗－卡车采矿工艺中采装环节为例，选取其一般风险做评价见表1所示。

表1 采装作业环节一般风险评价

3.2.2 工艺系统安全评价评语集

对轮斗－卡车采矿工艺评价最终需给出评价指标，可以是等级也可以是评分区间，结合工艺系统中各评价指标的等级差异性，确定评价集为Y={优，良，中，差}，设Yj为评分取值，则4个评级取值依次为：①0＜Yj≤0.1，取Yj=0；②0.1＜Yj≤0.3，取Yj=0.2；③0.3＜Yj≤0.5，取Yj=0.4；④0.5＜Yj≤0.6，取Yj=0.6。

3.2.3 确定各级指标权重值

1）一级指标。一级指标是工艺系统中各生产环节，根据各个环节重要程度赋予其权重，考虑到安全评价的目标，以各个环节的总体风险值做为考核标准，其中轮斗调移环节的总体风险值a1为51，采装环节总体风险值a2为54，卡车运输环节总体风险值a3为36，辅助作业环节总体风险值a4为12，采用归一化处理，即：A1i=ai/(a1+a2+a3+a4)，其中A1i为一级指标第i项指标权重，ai为第i个指标风险值。得出一级指标中，调移环节权重A11=0.33，采装环节权重A12=0.36，运输环节权重A13=0.23，辅助作业环节权重A14=0.08。

2）二级指标。二级指标是基于一级指标而设定的风险值划分，根据其风险值范围赋予权重。3.2.1中已给出四个风险划分等级及取值范围，即：一般风险、中等风险、重大风险和特别重大风险。根据其取值的中位数采用归一化处理得出二级指标权重A2i=（0.06，0.19，0.31，0.44）。

3）三级指标。三级指标的权重是对同一一级指标下不同的二级指标设定的，以表1所列举的采装作业环节一般风险（二级指标）为例，三级指标的权重见表2。

表2 采装作业环节一般风险权重

4）四级指标。四级指标是基于三级指标而设定的，具体到操作施工的每一个细节指标，每个指标的安全都无差异地影响到三级指标的安全性，即四级指标相对于三级指标的权重为这个三级指标下四级指标个数的倒数。如上表2所述的安全用品检查这个三级指标，其四级指标权重见表3。

表3 安全用品检查环节权重

3.2.4 安全评价体系层次模型

根据上述安全评价指标选取，轮斗-卡车采矿工艺安全评价的层次共分4层，轮斗-卡车采矿工艺安全评价层次模型如图2所示。

图2 轮斗-卡车采矿工艺安全评价层次模型

4 结论

主要围绕轮斗-卡车采矿工艺评价，考虑了四级评价指标、若干项评价因素建立轮斗-卡车采矿工艺安全评价的多层次结构模型，采用模糊综合评价方法对轮斗-卡车采矿工艺安全性做出评价，同时对此工艺生产中控制各个环节的安全性提供一定指导性。

1）在指标的建立上，根据收集的轮斗-卡车工艺的各项技术及现场生产资料，结合现有矿山安全评价方法建立适当的安全评价层次模型。

2）模糊综合评价法的引入，使得各项指标处理上更符合实际，使今后的矿山安全评价更具科学性、实用性。

3）对轮斗-卡车采矿工艺进行安全评价，通过计算，此种工艺安全度为0.17，根据评级范围，等级属于良。

4）对轮斗-卡车采矿工艺各环节分别做出了风险评估、权重比对等，使得利用此种工艺生产的矿山能够从根源上降低生产风险，最大限度地减少矿山经济损失。

［1］姬长生.我国露天煤矿开采工艺发展状况综述［J］.采矿与安全工程学报，2008，25（3）：297-300.

［2］王忠鑫，王烨欣.全液压轮斗挖掘机采煤方法［J］.露天采矿技术，2014，12：46-49.

［3］刘铁民，张兴凯，刘功智.安全评价方法应用指南［M］.北京：化学工业出版社，2005：4-16.

［4］徐汉宝，张振芳，孙金龙.基于层次灰关联分析法的露天矿汽车轮胎选型［J］.化工矿物与加工，2012，8：29-32.

［5］李晓豁.露天采矿机械［M］.北京：冶金工业出版社，2010：127-129.

［6］董汉宁.单斗－卡车剥离工艺安全评价体系研究［J］.采矿技术，2014，14（4）：63-66.

【责任编辑：陈毓】

Research on safety evaluation system of bucket wheel excavator-truck mining technology

XU Hanbao
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The bucket wheel excavator－truck mining technology has the characteristic of simple and flexible and easy to selecting mining.Using the fuzzy comprehensive evaluating method,through researching the each link of bucket wheel excavator－truck mining technology,the mine establishes the appropriate safety evaluation system,which could provide safeguard for mining safety production.

bucket wheel excavator－truck;mining technology;safety evaluation;fuzzy comprehensive evaluation

TD77+1

B

1671－9816（2017）02－0076－04

徐汉宝.轮斗－卡车采矿工艺安全评价体系研究［J］.露天采矿技术，2017，32（2）：76－79.

2016－08－25

徐汉宝（1986—），男，江苏东海人，硕士，毕业于中国矿业大学，现工作于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，主要从事露天矿设计工作，

DOI∶10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.021