基于AHP的矿井一通三防风险评估研究

李世贤

（云南省镇雄县应急管理局矿山救护队，云南 昭通 657200）

镇雄县位于云南省滇、川、黔三省交界，全县国土面积3696m2，含矿面积占县国土面积的44%，矿产资源远景储量74亿吨，属于国家13个大型矿山开采基地98个矿区之一，主要可采矿层原矿为低水分、中灰到富灰、低硫到高硫、低磷到高磷、高发热量矿种。2018年1-10月镇雄县共生产原矿514.98万吨，洗选矿173.6万吨。由此可见，矿产业在该县的地位举足轻重，但矿井在开采过程中没有实现对安全生产事故的有效控制，矿产行业安全生产形势依然十分严峻。

矿井安全问题自矿产企业的发展伊始就受到社会和政府的高度重视，一通三防与矿井安全作业存在最直接的关系。为了确保矿井安全作业，展开矿井一通三防风险评估，将层次分析法（AHP）引入矿产领域，从通风系统风险、防尘系统风险、防有害气体系统风险、防火系统风险四个方面着手，建立起矿井一通三防风险评估模型。

1 层次分析法（AHP）

层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。它把复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化，根据对一定客观现实的主观判断结构把专家意见和分析者的客观判断结果直接而有效地结合起来，将一层次元素两两比较的重要性进行定量描述。而后，利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重并进行排序。

为更好地对层次分析法（AHP）进行描述，这里首先给出层次分析法应用的大致步骤：①识别风险因素及归类分组；②建立起递阶层次结构模型；③构造各层次的判断矩阵；④层次单排序及一致性检验；⑤层次总排序及一致性检验。

2 矿井一通三防风险识别

2.1 通风风险识别

矿井通风系统是由通风装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施等组成[1]。矿井在通风方面主要风险有矿井外部漏风、通风设施不合格、通风设施失修、采掘工作面送风量不足等，这些风险均可从通风系统和通风设施两个方面加以防控，如矿井通风系统优化、编制事故预防与处理方案、加强现场通风安全管理、通风设施检查与维护等。

2.2 防尘风险识别

有害气体爆炸通常会伴有粉尘爆炸，粉尘爆炸危险性大、破坏力强，采取综合措施防止粉尘堆积十分有必要。因此，矿井防尘必须有完善的防尘供水系统，防尘主要管路须安装水质过滤器。从管理角度来说，防尘还须采取综采工作面、综掘工作面、炮掘工作面、运输巷及其它巷道、五地面储、装、运系统、隔爆设施等防尘管理措施以及定期冲刷巷道。

2.3 有害气体风险识别

有害气体是矿井安全作业最危险的因素之一，有害气体是一种无色、无味、无臭的气体，该气体难溶于水、通常漂浮在空气中，浓度较高时会引起人窒息死亡。气体爆炸的危害主要有引发火灾、粉尘爆炸，烧死烧伤人员、损坏巷道和设备、产生大量有毒、有害气体。因此，矿井作业事前、事中、事后必须防范有害气体。预防有害气体可以从预防气体积聚、杜绝火源和阻爆隔爆三个方向着手[2]，如安装气体检测报警仪、气体抽放系统、完善气体检查制度。

2.4 防火风险识别

矿井火灾是指通常发生在矿井下巷道、采掘工作面、硐室、采空区等井下区域以及井口附近地面的火灾。根据引燃热源不同，矿井火灾可分为外因火灾与内因火灾。外因火灾形式主要包括明火、违章放炮、机械摩擦和撞击、电气设备失爆、电路短路或漏电、有害气体、粉尘爆炸。因此，防火须采取相应的措施加以防范，如安装消防管理系统、制定防灭火方案、安装火宅监测系统。

3 工程实例

3.1 工程概况

某矿井位于镇雄县复试向斜南翼东南段，为一北西～南东向延伸的单斜构造，地层总体倾向北东，倾角7 ～30 ，断裂发育至矿区边部，区内地质构造较复杂，矿井水文地质以顶板岩溶裂隙含水层、老空积水充水为主的中等类型，可采矿层围岩主要是泥岩及粉砂质泥岩，节理较发育，无明显的破碎带。矿井矿层为低变质，工作面回采区域遗矿较多，采空区易漏风，不易引起自燃发火。该矿目前采用倾斜长壁采矿法，爆破落矿，综采采矿工艺采，采用斜井开拓方式，多矿层联合开采。矿区配有独立的通风系统、有害气体浓度监测系统、防尘供水系统、烟雾报警系统等。

3.2 指标体系建立

（1）通过对矿井一通三防系统及其安全管理现状进行实地调查，定性地、定量地分析矿井一通三防系统有可能存在的全部风险因素，对风险因素按照某些特征进行归类分组。

（2）以矿井一通三防安全为目标层，以实现目标层可供选择的各种措施（采掘工作面配风、通风设施完善及维护、矿井供需风量比；综合防尘措施、定期冲刷巷道、防尘洒水管道系统安装及维护；有害气体检测报警仪安装、气体抽放系统安装及维护、检查制度完善；消防管理系统安装及维护、防灭火方案制定、火宅监测系统安装及维护）为准则层，以通风系统、防尘、防有害气体、防火为方案层，建立起递阶层次结构模型。

（3）引入1～9及其倒数作为因子对比标度[3]。

3.3 构造各层次的判断矩阵

所谓判断矩阵，其实就是各层次的相互因子权重矩阵。针对目标层矿井一通三防安全而言，将准则层重要程度进行两两对比，可得到准则层相互因子权重；对于方案层而言，将方案层重要程度进行两两对比，可得到方案层相互因子权重。

3.4 层次单排序及一致性检验

所谓层次单排序，是指判断矩阵经过对应于最大特征值的特征向量，经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。层次单排下虽然能较客观地反映出一对因子影响力的差别，但综合全部比较结果时，难免包含一定程度的非一致性，因此，需要做一次性检验，以满足各层次判断矩阵的不一致程度均落在允许的范围内。

3.5 层次总排序及一致性检验

通过层次单排序及一致性检验后，即可得到一组元素对其上一层中某元素的权重向量。根据最终各元素，尤其是方案层对于目标的排序权重，从而进行方案选择，即从矿井一通三防安全目标中重点寻找最能影响目标实现的因素。

3.6 MATLAB伪代码

以下给出层次分析法的MATLAB实现过程，并由伪代码形式进行表达：

（1）clear；

（2）输入准则层、方案层的相互因子权重矩阵，分别求其特征值与特征向量；

（3）按照公式CI=(λ-n)/n-1求出准则层、方案层一致性指标；

（4）查随机一致性指标表，分别取RI为0.9和1.54，按照公式CR=CI/RI求出准则层、方案层的一致性比例CR；

（5）若CR＜0.1，认为矩阵的不一致程度在允许的范围内，可用其特征向量作为权向量；若一致性比例CR≥0.1，则应对判断矩阵做适当修改；

（6）求准则层、方案层权值；

（7）求总排序权值；

End

输出结果

3.7 评估结果

利用MATLAB软件进行编程，得到矿井一通三防风险评估权值表如表1。

表1 风险评估权值表

4 结论

根据评估结果，对矿井一通三防风险重要程度依次排序为防火、通风、防尘、有害气体，因此，针对镇雄县某矿井重点对防火进行管控，建议根据矿井工作面实际情况，有条件地对采空区及后部灌浆，对地表塌陷坑进行回填，以便减少矿井火灾发生。另外完善通风系统，可以采用进风上山和回风暗立井回风的通风布置方式。