基于层次分析-模糊综合评价法的煤矿顶板安全评价

宣强磊*

（河南理工大学 工商管理学院）

0 引言

我国是煤炭资源较为丰富的国家，煤炭产业也是我国国民经济发展的支柱产业。近年来，我国煤炭消费总量在整个能源消费总量的占比从2010 年的69.2%下降到2021 年的56.0%，总体呈现降低趋势，但是煤炭需求量却呈现增长趋势，至2021 年，全国原煤产量更是突破40 亿t。原煤产量增加的同时，大量的生产事故也不断发生。根据中国煤矿安全生产网公布的数据，本文统计了2017 年—2021 年全国煤矿发生的所有的顶板事故——共发生事故133 起，占总事故数量的28.6%，死亡人数为297 人，占总死亡人数的28.7%。顶板事故发生的原因大多是开采设计、支护设计不合理以及人为失误[1]。因此，找出这些危险因素，构建评价指标，对于预测顶板危险性具有重大意义。

梳理相关文献[2-6]，研究者们对煤矿顶板的稳定性及危险性研究大多集中在顶板的地质条件、管理现状以及支护条件等方面，并未对造成顶板事故的原因进行深入、系统地研究。为了丰富上述研究的内容，本文利用现场管理理论从“人机料法环”5 个方面建立新的指标体系，确定各个指标的权重，运用模糊综合评价法对顶板的安全性进行系统评价，通过评价结果更加快速、准确地分析事故发生的原因，并且在顶板管理中，如果能够管理好这5 个因素，从这5 个方面消除隐患就可以有效预防事故的发生[7-8]。

1 模糊综合评价

模糊综合评价是一种解决现实生活中没有明确分界线的问题，将容易定性而不易定量的因素定量化，从而针对多个因素相结合，对评价事物的隶属等级状况进行综合性评的方法，其实质是运用模糊数学知识从预测集到确定对象的因素集的模糊映射[9-10]。实际上，造成煤矿顶板事故的因素有很多，且存在着亦此亦彼的关系。本文以河南省平顶山市某矿为研究背景，根据现场实际收集到的数据及历史资料，从人机料法环5 个方面，构建事故的5 大因素指标，通过模糊综合评价了解其内涵和相互关系，从而对煤矿管理者提出要求。在顶板作业中，对此5 大基本要素进行系统地研究，找到可能造成顶板事故的根本原因，对该原因进行深入分析及探寻，并对此采取针对性措施，将极大降低顶板事故安全隐患发生率，对预防顶板事故有着重要的意义。

1.1 确定评价因素

该煤矿顶板作业构建的危险性评价指标体系包括目标层、准则层和指标层3 个层次。其中，目标层反映了该煤矿顶板的危险性水平。准则层为现场管理理论中的人机料法环5 大要素，这5 大要素既基本包含了构成顶板危险性的全部方面，又可以通过这5大基本要素，针对顶板可能出现的危险，找到其危险来源的根本原因。指标层中根据对该煤矿的现场实际调研和反馈，可得共15 项指标对应于5 大基本要素，其对于该煤矿的影响是具体的、可理解的，在实际过程中也是可操作和验证的，具体为：

式中：U1——人员因素；

U2——机器因素；

U3——材料因素；

U4——方法因素；

U5——环境因素。

式中：u11——作业者的综合素质；

u12——班组的沟通与协作；

u13——管理与监督的状况；

u14——企业的决策与规划。

式中：u21——新设备和技术的引进；u22——设备和支护的维护。

式中：u31——支护材料的选择；

u32——支护材质的合格情况；

u33——煤矿顶板的自身特性。

式中：u41——支护方式和参数的选择；

u42——检测方式的选择；

u43——顶板组偶也的操作流程。

式中：u51——作业环境的事宜程度；

u52——顶板的地质条件；

u53——企业的安全文化氛围。

1.2 确定评价等级

刻画每一因素所处状态的评价等级：V={危险，警惕，一般，很好}，其中，V代表评价等级集。

1.3 确定评价权重

本文采用层次分析法对所采用的相关因素进行两两对比，根据因素的重要性程度及其对应的分值情况对两者的对比结果进行赋值，将得到的结果构形成判断矩阵，用A表示。其结果是否可以接受需进行鉴定，对A进行一致性检验。其检验过程为：计算其相应最大特征根λmax，使之满足AWλmaxW，其中W为评价因素的权重量，CI=（λmax-n）/（n-1），最后一致性检验CR=CI/RI，n为矩阵的阶数，CI为一致性指标，CR为一致性比例，RI为平均随机一致性指标。若CR＜0.10，则A可接受，否则，需重新调整A的值进行计算。其结果如表1 和表2 所示。

表1 一级指标的重要性得分及权重值

表2 二级指标的重要性得分及权重值

1.4 一级综合评价

在咨询专家后的数据构造准则层Bi所包含的最底层的模糊隶属矩阵Ri和权重集Wi，其计算过程为：Bi=Wi×Ri。其中，i对应于准则层五大要素，其值为1，2，3，4，5。

人员因素评价结果为B1=W1×R1=（0.249，0.475，0.276，0），其中W1=（0.564，0.118，0.263，0.055）,

机器因素评价结果B2=W2×R2=（0.425，0.375，0.200，0），其中W2=（0.250，0.750），

材料因素评价结果B3=W3×R3=（0.500，0.380，0.120，0），其中W3=（0.200，0.200，0.600），

方法因素评价结果B4=W4×R4=（0.462，0.429，0.109，0），其中W4=（0.250，0.095，0.655）,

环境因素评价结果B5=W5×R5=（0.453，0.378，0.099，0.070），其中W5=（0.072，0.649，0.279）,

1.5 二级综合评价

在一级模糊综合评价运算求出准则层中各项指标所对应的不同评价等级的隶属度，则二层模糊综合评价矩阵B=W×R，其中R=（B1，B2，B3，B4，B5）T，B即为最终的综合评价结果。

B=W×R=（0.336，0.437，0.216，0.011），W=（0.566，0.147，0.039，0.085，0.163），

最后，根据最大隶属度原则，得到该矿的综合评价结果为0.437，即该煤矿的安全状况处于警惕状态。

2 煤矿危险性原因分析

根据此次评价结果可知，该煤矿处于危险评价等级中的警惕状态，而导致该状态的主要原因是该煤矿中的人员因素，其权重高达0.566，远高于其他因素。进一步探究该人员因素的构成，发现人员综合素质权重为0.564，远比班组沟通能力、管理与监督的情况及企业的决策与规划这三个因素高，可认为人员综合素质是导致该煤矿警惕状态的根本原因。为了避免顶板事故的发生，企业应从人员综合素质着手解决煤矿的安全隐患。根据该矿自身特点，人员综合素质分为职工的文化结构、安全意识以及疲劳状态。

2.1 文化结构

职工的文化结构是指职工的文化素养，即现场作业人员的受教育水平。文化结构直接影响作业人员接受新知识的能力，包括理解和接受相应的生产技术、对安全培训及应变危险情况的掌握能力。经了解，该煤矿顶板作业的职工学历普遍为高中及以下，具有文化结构偏低的问题。职工在接受生产技能和安全技能培训时理解不完全；在现场作业经常出现操作不规范的情况；在面对突发险情时，也会出现判断失误、应对不及时及处理不当的情况。企业应设法提高现场作业人员的福利待遇和安全保障，吸纳高文化水平、高素质的专业人才，才能有效解决该问题。

2.2 安全意识

职工的安全意识是指顶板作业人员建立的安全观念，在实际作业过程中，安全意识是指对现场中可能引发安全事故的各种隐患时刻保持戒备和警觉的心理状态。经现场调查，60%以上的人员对作业过程可能存在的安全隐患存在着不会发生的侥幸心理，在实际的作业过程中，这部分人往往会表现出侥幸、无所谓和自以为是等心态，对现场的危险和隐患缺乏警惕意识，从而采取违规操作，给现场带来不安全隐患。针对现场大多数人员安全意识薄弱的现象，企业应多开展安全事故教育，组织安全培训，对作业违规现象严惩不贷，让职工意识到危险行为带来的严重后果，使其在作业中时刻保持对危险的警惕性，提高危险作业时的防范意识水平和安全分析及预知危险的能力，将安全生产意识深植于每一个顶板作业者的脑海中。

2.3 疲劳状态

在顶板作业中，疲劳状态大多是由于体力疲劳带来的劳动机能衰退和作业能力下降。该矿井下作业面临着复杂的地下条件和未知的危险因素，顶板作业本身就是劳动强度较高的作业，缓解职工的疲劳状态成为急需解决的问题。从职工调查反馈情况来看，当前存在的普遍意见集中于工作环境和轮班制度：（1）在人因工程学中，认为工作环境可以直接影响作业者的疲劳。在实际调查中发现，该矿井下作业环境存在照明、噪声和微气候条件等环境不良的问题，这些不良条件无形中增加了矿井下工作人员的肉体以及精神负担，企业应着手从增加照明、降低噪声及改善微气候环境等方面，为顶板作业者提供合适的工作环境。（2）当前该煤矿实行的是三班轮班制，职工普遍反映夜班时更易出现困乏、精神不集中、人体负担较重的情况，因此人体更容易疲劳，从而导致反应机能降低，工作效率下降的问题，长此以往将会损害作业者的身心健康。目前，针对该现象，国内已有煤矿走出自己的实践道路——首个全面取消煤矿夜班生产的乌海市，在尝试取消夜班后，2020 年安全事故数同比下降50%，原煤产量保持稳定，全市全员工效、回采工效分别比2017 年提升了174.04%、99.67%。企业可借鉴此类成功案例，根据自身特点，对当前轮班制度进行合理改进。

3 结语

本文通过现场管理理论中的“人机料法环”5 大基本要素构建新的评价指标体系，结合层次分析法对影响顶板事故的各个因素进行分析处理，根据煤矿发生的历史事故数据和相关资料，筛选出能够反映煤矿顶板事故的安全影响因素，最后用模糊综合评价法对该煤矿顶板的危险性进行了评价。

根据评价结果，对“人机料法环”5 大基本要素进行深入分析，找出了影响该矿安全的根本原因，对此提出改进意见，为该矿管理者提供借鉴，对该矿采取有效措施预防顶板事故发生具有重大意义。