煤矿安全的评价量化计算方法

1、安全技术煤矿安全的评价量化计算方法 煤矿井下生产系统是一个由人、机、环境组成的简单系统，作业单元和空间分布都极其简单，存在瓦斯煤尘爆炸、突水、井下火灾、顶板事故、瓦斯突出、机电事故等灾难和危急。井下生产系统空间上立体分布，时间上动态进展，井下事故具有动态性、随机性和模糊性，不同灾难之间在时间和空间上具有相关性。 近年来，平安评价技术的讨论在世界范围内受到广泛重视。我国讨论人员采纳诸如平安指数法、概率风险法、指数法、分值法等不同的方法，将概率统计方法、模糊数学、神经网络和灰理论等运用到平安评价中，建立了一系列的煤矿平安评价方法。煤炭科学讨论总院重庆分院采纳平安检查表和平安指数法等评价方法在平安评

2、价领域作了大量的工作。在煤矿平安评价中，针对不同的灾难类型，有必要采纳不同的平安评价方法。运用数学方法时其计算过程一般都比较简单，需要编程实现平安评价过程中的计算。此外，建立煤矿平安专家系统的任务之一就是集中专家学问，建立平安评价数学模型，实现平安评价程序化运算。因此，讨论煤矿平安评价方法及其量化计算方法对推动我国煤矿平安评价的进展有着重要的现实意义。 1 煤矿井下灾难危急程度评价 将面对对象技术的思想和方法运用于煤矿平安评价中，可利用面对对象技术的模块性、继承性、封装性和易维护性等优点，实现不同平安评价方法的综合运用。建立平安评价模型时，可依据煤矿井下不同评价单元存在的各种灾难类型的详细特点

3、，选用相应的方法进行分析和评价。 1.1 基于肯定风险值的平安评价方法 通过精确的、科学的分析和计算，得出某一时间段内事故发生的概率值和损失值，这个概率值和损失值的乘积就是风险的肯定值。人们进行平安评价的时候，都盼望能得到事故风险的肯定值，精确地反映评价对象发生事故的危急程度。但事故的概率很难得出，事故的影响因素一般都属于随机大事，其平安风险指标需要重复进行大量的随机试验、特别简单的牢靠性分析或者对大量的事故进行分析和数据统计才能得出。事故树分析方法就是典型的肯定风险值评价方法。1.2 基于相对风险值的平安评价方法 对事故的危急程度评价一般采纳间接的方法，通过对影响事故发生可能性和后果严峻程度

4、的各内因和外因的分析与综合，可以得到风险的相对值。目前一般的平安评价结果，都是相对风险，而非肯定风险。对于煤矿井下生产系统这样一个简单的大型系统，其灾变机理、途径等基本因素难以确定，因素状态模糊性强，大事失效为小概率大事且难以人为重复试验。模糊可能性的优点就在于它和独立试验无关，一般用其可能性最大的状态。常用的专家打分法、模糊综合评判、灰理论和神经网络等评价方法都是基于相对风险值的平安评价方法。 1.2.1 煤矿平安评价单元划分 煤矿井下不同位置的自然环境、危急因素，以及人员等因素各异，因此必需将井下系统划分为不同的评价单元分别进行评价。评价单元可采纳以下方法进行划分： 1)采掘工作面及其附属

5、巷道作为独立评价单元; 2)主要巷道可依据其所在位置，特点或功能划分为独立评价单元; 3)主要硐室可依据其所在位置、特点或功能划分为独立评价单元; 4)其它地点视其详细状况划分为单独评价单元或归入其它独立评价单元。 对不同的评价单元，分别评价不同类型灾难的危急程度。 1.2.2 建立平安评价指标体系 灾难影响指标可分为易发生和后果严峻程度两类，依据评价的要求，对煤矿评价单元的各种灾难的影响因素进行分析，依据专家看法对评价指标进行重要度排序，对平安评价指标进行重要性筛选。依据引发事故的各种影响因素之间的作用关系，基于事故树的思想，建立灾难评价多层次指标体系。灾难评价多层次指标体系按灾难类型对评价

6、指标进行划分，每一种灾难按易发性和后果严峻程度划分下一层次指标。易发性和后果严峻程度的下层指标可依据不同灾难的特点和平安评价的目的和需要划分。 1.2.3 评价指标隶属度确定 度量评价系统状态及其因素状态程度的尺度确定，一般为：基于客观评价系统状态进展变化规律;专家群体理论学问、实践阅历的集中归纳提取;数据统计分析结果。实际评价通常是这3处技术途径的综合。 基于模糊理论，假如用论域U0，1上的数值表示系统危急属性的可能性程度值，则存在一映射=- A(x)，把因子X映射到U：- A(x)：xU，x0，1，其中- A(x)为系统某属性因子危急程度的隶属度函数。 对煤矿平安进行分级评价是常用的方法，

7、首先确定分级，即论域U=u1，u2，un，设A是U上待确定其隶属函数的模糊集，专家评判法建立隶属度函数的过程为： 1)请m位专家，让每位专家分别对每一个ui(i=1，2，n)给出一个隶属度A(ui)的估量值，设第j位专家给出的估量值为Sij(i=1，2，n，j=1，2，m)救出平均值S(-)i及方差di。 2)检查方差di是否小于或等于事先制定的阀值，假如大于，则请专家重新给出估量值，然后再计算平均值S(-)i及方差di。重复这一过程，直到di。设在第k轮时达到了要求，此时再请每位专家给出所估量值得"确信度'，设为cj(j=1，2，m)，其中0cj1。求它们的平均值c(-)。

8、 3)若c(-)的值达到了肯定的标准，就以S(-)i作为ui的隶属度A(ui)。 假如考虑各个专家的状况不同，盼望某些专家的看法占较大的比例，则可以为每个专家安排一个权值j(j满意j0，且 )。 1.2.4 评价结果合成 平安评价系统状态构成要素具有简单性及层次结构性特点，上层因素的合成方法根据构成要素的合成法则，可分为：加法模型;乘法模型;函数模型;模式识别最大隶属原则方法模型;加权和模型;模糊积分模型。事故发生可能性和事故后果严峻程度的评价结果合成为相对风险的方法有加法合成和乘法合成两种，一般采纳加法合成方法。 多种灾难危急性评价结果的合成可采纳加权和或者模糊综合评判等方法。权系数确定可采

9、纳专家看法法确定，也可采纳对事故数据进行统计的方法。平安评价的最终结果是管理和决策的依据，但对于平安专家系统而言，评价的中间结果更为重要，多层次评价模型可以得到一系列的中间评价结果，都可作为专家系统制定平安对策的依据。 1.2.3 灾难影响因素相关性处理 煤矿井下环境简单，不同灾难之间存在相关性，因此计算灾难后果严峻程度的时候，必需考虑引发二次灾难造成的可能性和后果严峻程度，将两次事故的后果严峻程度合并。二次灾难发生可能性和后果严峻程度可作为灾难的后果严峻程度的下层影响因素，一般采纳加权和方法合并。 2 平安评价量化计算方法2.1MATLAB简介 MATLAB是Math Works公司开发的科

10、学计算软件，拥有强大的矩阵运算功能，还有Fuzzy模糊数学专用工具箱。MATLAB可以被C/Fortran程度调用，也可以调用C/Fortran编制的程度，还可以与Java、Visual Basic等语言编制的程序进行交互，是抱负的平安评价计算软件开发环境。2.2 隶属度函数 对常用隶属度函数分布的确定，只需要明确函数类型和确定打算函数类型的参数即可。如梯形分布trampfa1 a2 a3 a4，共4个节点;三角形分布trimfa1 a2 a3，共3个节点。当a2=a3时，梯形分布转化为三角形分布;当a1=a2时，梯形分布转化为降半梯形分布;当时a3=a4，梯形分布转化为升半梯形分布。编程实现

11、时可模块化编程实现调用。 依据选取的量化方法不同，论域U=u1、u2，un上隶属函数表达方式，可以是论域内m(mn)个函数分别对应指标对ui的隶属度函数，也可以采纳分段函数表达。 2.3 指标权值确定方法 评价指标的权向量W=1、2，n是用来刻画评价指标重要程度的正数，其中i表示评价指标xi的重要程度。在加权综合评价方法中，有很多种权系数的确定方法，比较常用的是层次分析法。层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。采纳MATLAB进行编程实现矩阵运算，求层次分板法推断矩阵最大特征值max及其所对应的特征向量，并进行全都性检验和特征向量归一化，得到权系数向量，可极大地简化计算过程

12、。2.4 合成运算 系统评价灾难危急程度U=u1、u2，un，评价指标的权向量W=1、2，n，则本层指标对上一层次指标的危急度评价值为：B=W。U，其中"。'为诱导算了，可依据不同的评价方法选取。模糊综合评判评价结果合成采纳加权和方法，合成计算方法：指标隶属度评价结果由程序得出，可得其上层指标的全部评价指标的隶属度，为行向量;权向量为列向量;诱导算子采纳"'，得出的结果B=WU是该上怪指标的评价中间结果。该中间结果也是行向量，求更上一层评价指标的评价结果时，代入该向量进行运算。2.5 评价结果分级 设AF()(U)，i=1，2，n，对u0U，若存在i0使。

13、Aio(u0)=maxA1(u0)A2(u0)，An(u0)，则认为u0相对隶属于Ai。 各指标和合成的上层指标的隶属度定量结果后，依据最大隶属度原则，可以得到各级评价指标的定性分级结果，即在得到采煤工作面自燃危急性等级的同时，也可得到各指标的平安分级中间结果。 3 采煤工作面自燃危急性评价模型 采煤工作面自燃危急性评价模型是综合煤矿工伤保险平安分级评价项目讨论成果和非煤行业评价阅历，总结常用煤矿平安评价方法及平安评价最化方法的优缺点，针对煤矿平安预警系统和平安专家系统对平安评价的需要，讨论得到的采煤工作面自燃危急性评价方法。 通过对煤矿井下采煤工作面自燃危急性影响因素的分析，建立了以采煤工作

14、面作为自燃某本评价单元、面对对象的多层次自燃危急性评价模型，可用于煤矿平安专家系统中的采煤工作面平安预评价和平安生产现状评价。 该评价模型将自燃危急性影响因素分为易发性和后果严峻程度两类，将自燃危急性划分为平安、一般、危急、很危急4个等级，依据建立的模糊综合评价模型，选取了10个已完成开采的具有不同特点的采煤工作面进行了评价试算以完善评价模型。经试验工作面评价验证，自燃危急性评价结果与实际自然发火状况有较好的全都性。该方法编程简单实现，应用于平安专家系统之中，可为采煤工作面自燃火灾防治供应决策依据。 4 结论 采纳面对对象的方法建立煤矿平安评价的多层次结构指标体系和评价模型，实现煤矿井下多个评价单元和多种灾难的相对危急性评价和合成，是煤矿平安评价方法的基