利用模糊綜合評判評價礦井通風係統的可靠性

——以大安山礦山為例

王超群

（首都經濟貿易大學，北京100070）

摘要：礦井通風係統的安全狀態與礦井其他係統的運行狀態密切相關。礦井通風係統是礦井生產係統的重要組成部分，是煤礦的心髒。通過對我國煤礦近年來發生的典型的重特大02manbetx.com 原因進行03manbetx ，發現重特大02manbetx.com 的發生大部分與通風係統的缺陷相關。礦井通風係統的運行特性和狀態直接關係到整個礦井的運行和安全狀態。因此，通過對礦井通風係統可靠性運行狀態的跟蹤統計和03manbetx ，首先建立了一套適合於礦井通風係統可靠性評價指標體係,對減少人員傷亡、財產損失具有重要的意義。模糊層次綜合評價方法是將層次03manbetx 法和模糊綜合評判法的優點相合，首先將評價指標體係分為階梯層次結構，運用層次03manbetx 法計算出指標權重，其次運用模糊評判矩陣進行單因素評價，最後進行綜合評判的評價方法。

關鍵字：礦井通風係統；模糊綜合評價;可靠性

中國圖書資料分類號:X913.4文獻標識碼：A

Using the fuzzy synthesis assessment for the Study the reliability of a mine ventilation system

Da Anshan Mine as an Example

Chaoqun Wang

(Capital university of Economics and Business, Beijing 100070)

Abstract：The mine ventilation systemsecuritycorrelates closely to other mine system. It is an important part of the mine production system, is the heart of the coal mine. We find many serious especially big accidents are close relatives to weaknessesof ventilationsystemaccording tothe research of coal mine accidents. The mineventilation system operating characteristics and characteristics have a close bearing on mine production. So,follow the tracks of statistic and analyses to ventilation system reliability running state, set up a suit of reliability evaluating indexes' system adapted to it firstly, and it the vital significance to reducing casualties and property loss. The fuzzy comprehensive evaluation method is take the advantages of the both of level analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method of together, first evaluation index system is divided into ladder level structure, using AHP calculated the index weight, secondly the fuzzy evaluation matrix of single factor evaluation, the comprehensive evaluation of the evaluation method. The reliability of a mine ventilation system is for the safe production an important safety index of amine.The Fuzzy Comprehensive Evaluation was adopted to obtain the quantities comprehensive evaluationresults，according to it, we can analysis the reliability ofmine ventilationsystem.

Keywords:Mine ventilationsystem；Faintnesses synthesizingevaluation；Reliability

0引言

我國安全生產形勢嚴峻，各類災害02manbetx.com 造成了巨大的經濟損失，每年因各類02manbetx.com 造成的經濟損失在2000億元以上。礦井開發工程災害時地質災害中的一種特殊類型，它是伴隨礦井開發、形成和發展演化而來的災害事故。礦井通風係統是礦井生產係統的重要組成部分，是煤礦的心髒。它主要包含礦井通風方式、通風方法和通風網絡三方麵內容。在煤礦事故中，重特大事故大多與礦井通風因素相關，因此解決好通風問題可以有效地減少煤礦惡性事故的發生。因此，通風係統的安全性對於整個礦井的安全生產至關重要。

1礦井通風係統的原則

一般情況下，我們在確定礦井通風係統評價時主要考慮以下原則:

(1)係統性原則。指標體係應能全麵地反映被評價對象的綜合情況，從中抓住主要因素，既能反映直接效果，又要反映間接效果，以保證綜合評價的全麵性和可信度;

(2)可測性原則。建立的評價因素體係應該方便數據資料的收集和現場測試，容易被評價單位理解和接受，避免繁瑣複雜。指標涵義明確，數據資料收集方便，計算簡單，易於掌握;

(3)定量指標與定性指標結合使用原則。既可使評價具有客觀性，便於數學模型處理，又可彌補單純定量評價的不足及數據本身存在的某些缺陷;

(4)絕對量指標與相對量指標結合使用原則。絕對量指標反映總量及規模水平，相對量指標反映在某些方麵的強度(或密度);

(5)指標之間應盡可能避免顯見的包含關係。對隱含的相關關係，要在模型中以適當的方法予以消除;

(6)指標的選擇要保持同趨勢化，以保證具有可比性;

(7)指標設置要有重點。重要方麵的指標可設置的密些、細些，次要方麵的指標可設置的稀些、粗些，以簡化工作;

(8)指標要有層次性。這為衡量方案的效果和確定指標的權重提供方便。

2層次分析法（AHP）

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是對一些較為複雜、較為模糊的問題做出決策的簡易方法，它特別適用於那些難於完全定量分析的問題。它是美國運籌學家T. L. Saaty教授於70年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。

人們在進行社會的、經濟的以及科學管理領域問題的係統分析中，麵臨的常常是一個由相互關聯、相互製約的眾多因素構成的複雜而往往缺少定量數據的係統。層次分析法為這類問題的決策和排序提供了一種新的、簡潔而實用的建模方法。

2.1層次分析法建模及分析步驟

運用層次分析法建模，大體上可按下麵四個步驟進行。

（1）建立遞階層次結構模型；

（2）構造出各層次中的所有判斷矩陣；

（3）層次單排序及一致性檢驗；

（4）層次總排序及一致性檢驗。

基於前述理論、方法，遵循上述原則，對礦井通風係統進行係

統安全分析，確立對礦井通風係統的安全評價因素。按照整個通風係統的組成以及評價通風係統的關鍵要素，評價體係由通風設施及可靠性、礦井供風量及風質、通風網絡阻力分配、風網結構合理性、主要通風機運行狀況以及局部風機情況六個部分組成二級自係統。依據煤礦安全01manbetx 和礦井通風理論要求，借鑒結合前人研究成果，將二級劃分中的六個子係統做進一步的分解，得到三級子係統，分析結果見表1。

表1通風係統結構層次表

礦井通風係統可靠性評價體係	通風設施及可靠性	通風設施(風門、風窗等)質量合格率
		通風巷道狀況及維修情況
		礦井風網可調節程度
		千米巷道設施（風門、風窗等）數
	礦井供風量與風質	礦井風量供需比
		有效風量利用率
		風速合格率
		礦井漏風率
		采煤工作麵配風合格率
	通風網絡阻力分配	通風係統等積孔
		礦井回風段阻力百分比
		進風段阻力百分比
		用風段阻力百分比
	通風網絡結構合理性	火藥庫獨立回風係統
		采掘麵局扇通風
		礦井風網角聯
		礦井分區通風
	主要通風機裝置運行狀況	主要通風機喘振發生率
		主要通風機運行效率
		主要通風機電機負荷率
		主要通風機能力備用係數
		自然風壓影響
	局部通風機	局部通風機無計劃停電停風故障率
		井下局部通風機安全裝備達標率

2.2礦井通風係統各子係統權重計算

（1）構造判斷矩陣

在係統層次結構反映了因素之間的關係，但準則層中的各準則在目標衡量中所占的比重並不一定相同，在決策者的心目中，它們各占有一定的比例。

設現在要比較 個因子 對某因素 的影響大小，怎樣比較才能提供可信的數據呢？Saaty等人建議可以采取對因子進行兩兩比較建立成對比較矩陣的辦法。即每次取兩個因子 和 ，以 表示 和 對 的影響大小之比，全部比較結果用矩陣 表示，稱 為 之間的成對比較判斷矩陣（簡稱判斷矩陣）。容易看出，若 與 對 的影響之比為 ，則 與 對 的影響之比應為 。

關於如何確定 的值，Saaty等建議引用數字1~9及其倒數作為標度。表2列出了1~9標度的含義：

表2標度的含義

（2）層次單排序及一致性檢驗

判斷矩陣 對應於最大特征值 的特征向量 ，經歸一化後即為同一層次相應因素對於上一層次某因素相對重要性的排序權值，這一過程稱為層次單排序。

上述構造成對比較判斷矩陣的辦法雖能減少其它因素的幹擾，較客觀地反映出一對因子影響力的差別。但綜合全部比較結果時，其中難免包含一定程度的非一致性。如果比較結果是前後完全一致的，則矩陣 的元素還應當滿足：

，

需要檢驗構造出來的（正互反）判斷矩陣 是否嚴重地非一致，以便確定是否接受 。對判斷矩陣的一致性檢驗的步驟如下：

（i）計算一致性指標

（ii）查找相應的平均隨機一致性指標 。對 ，Saaty給出了 的值，見表3：

表3隨機一致性指標

的值是這樣得到的，用隨機方法構造500個樣本矩陣：隨機地從1~9及其倒數中抽取數字構造正互反矩陣，求得最大特征根的平均值 ，並定義

（ⅲ）計算一致性比例

當 時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應對判斷矩陣作適當修正。

2.3建立比較矩陣

依據上述原理，建立比較矩陣，見下表1234567。

1表中：

B₁:通風設施

B₁₁:通風設施(風門、風窗等)質量合格率

B₁₂:通風巷道狀況及維修情況

B₁₃:礦井通風網絡可調節程度

B₁₄:千米巷道設施（風門、風窗等）數

1表如下：

特征值λ= 4.1974Cr21=0.0731 <0.1滿足。

權向量W= (7.11, 57.62, 21.45, 13.88)

2表中:

B₂:風量與風質

B₂₁:礦井風量供需比

B₂₂:有效風量利用率

B₂₃:風速合格率

B₂₄:礦井漏風率

B₂₅:采煤工作麵配風合格率

2表如下：

得到特征值λ= 5.3762Cr22=0.084<0.1滿足。

權向量W=(38.31, 17.43, 8.08, 25.35, 10.83)

3表中

B₃:通風網路阻力分配

B₃₁：通風係統等積孔

B₃₂：礦井回風段阻力百分比

B₃₃：進風段阻力百分比

B₃₄：用風段阻力百分比

3表如下：

得到特征值λ=4.2606Cr23=0.0985<0.1滿足。

權向量W=（45.98, 25.76, 16.11, 12.15）

4表中:

B₄:通風網絡結構合理性

B₄₁:火藥庫獨立回風係統

B₄₂:采掘麵局扇通風

B₄₃:礦井風網角聯

B₄₄:礦井分區通風

4表如下：

得到特征值λ=4.1587Cr24=0.058<0.1滿足。

權向量W=（0.5098, 0.1340, 0.0760, 0.2802）

5表中：

B₅：主要通風

B₅₁:主要通風機喘振發生率

B₅₂:主要通風機運行效率

B₅₃:主要通風機電機負荷率

B₅₄:主要通風機能力備用係數

B₅₅:自然風壓影響

5表如下:

主要通風	B51	B52	B53	B54	B55
B51	1	4	5	5	7
B52	1/4	1	2	2	3
B53	1/5	1/2	1	3	3
B54	1/5	1/2	1/3	1	5
B55	7	1/3	1/3	1/5	1

得到特征值λ=5.4151Cr25=0.0926<0.1滿足。

權向量W=（0.5221, 0.1765, 0.1479, 0.1072,0.0462）

6表中:

B₆：局部通風機

B₆₁:局部通風機無計劃停電停風故障率

B₆₂:井下局部通風機安全裝備達標率

6表如下：

得到特征值λ=2Cr26=0<0.1滿足。

權向量W=（0.3333, 0.6667）

7表中:

A：通風係統可靠性

B₁:通風設施

B₂:風量與風質

B₃:通風網路阻力分配

B₄:通風網絡結構合理性

B₅:主要通風

B₆:局部通風機

7表如下

得到特征值λ=6.5836Cr₁=0.094<0.1滿足。

權向量W=（0.140, 0.2797,0.1950,0.579,0.2868,0.0395）

2.4權值彙總表

權值彙總見表4。

表4通風係統各級子係統權值表

礦井通風係統 權值：	二級子係統	權值	三級子係統	權值
	通風設施及可靠性	0.141	通風設施(風門、風窗等)質量合格率	0.0711
			通風巷道狀況及維修情況	0.5762
			礦井風網可調節程度	0.2145
			千米巷道設施（風門、風窗等）數	0.1388
	礦井供風量與風質	0.2797	礦井風量供需比	0.3831
			有效風量利用率	0.1743
			風速合格率	0.0808
			礦井漏風率	0.2535
			采煤工作麵配風合格率	0.1083
	通風網絡阻力分配	0.195	通風係統等積孔	0.4598
			礦井回風段阻力百分比	0.2576
			進風段阻力百分比	0.1611
			用風段阻力百分比	0.1215
	通風網絡結構合理性	0.0579	火藥庫獨立回風係統	0.5098
			采掘麵局扇通風	0.134
			礦井風網角聯	0.07.6
			礦井分區通風	0.2802
	主要通風機裝置運行狀況	0.2868	主要通風機喘振發生率	0.5221
			主要通風機運行效率	0.1765
			主要通風機電機負荷率	0.1479
			主要通風機能力備用係數	0.1072
			自然風壓影響	0.04.62
	局部通風機	0.0395	局部通風機無計劃停電停風故障率	0.33.33
			井下局部通風機安全裝備達標率	0.6667

3模糊綜合評判法

模糊綜合評判作為模糊數學的一種具體應用方法，最早是由我國學者汪培莊教授提出的。這一實用方法多年來深受廣大科技工作者的歡迎和重視，並且得到了廣泛應用。

所謂模糊綜合評判是指.對多個涉及模糊相關因素影響的事物或方案進行總評決策的方法，也稱模糊綜合評價。對受多因素影響的事物做出全麵評價時，必須按照指定的評判條件對每個對象賦予一個實數值作為綜評指標，用以反映全麵評價的高低。

在複雜係統中，不僅需要考慮的因素很多，而且一個因素往往有多個層次，也就是說一個因素往往又是由若幹其它因素決定的，故應采用多層次模糊綜合評判。進行模糊綜合評判，其實質就是應用模糊變換原理和最大隸屬度原則，係統考慮與被評價事物相關的各個因素而對其所作的綜合評價。在具體的評價過程中，通常將評價結果分成一定的等級，例如可以將某種評價結果劃分為“很好”、“較好”、“一般”、“較差”、“很差”五個等級。

對比較簡單的問題，通過進行一級模糊綜合評判即可得到比較合理的評判結果。但是，對比較複雜的問題或在比較複雜的環境中進行評判時，由於要考慮的因素很多，各下因素往往又具有不同的層次，許多因素還具有比較強烈的模糊性，如果仍采用一級模糊綜合評判，則難以適應實際的評判過程，甚至得不出合理的評判結果，這時必須采用多層次模糊綜合評判法。

4利用模糊綜合評判評價礦井通風係統的安全性

4.1模糊綜合評判檢查表

因為礦井通風係統安全評價體係的各層因素分別著眼於通風係統狀況好壞、設(施)安全、危險性如何和措施好壞幾個角度，即有些因素用安全性、危險性來衡量，而有些因素隻能用好壞來評定。因此確定評語等級論域v二{好(安全)，較好(較安全)，一般(安全性一般)，不好(較危險)，差(很危險)}。(注:括號內外的評語等同，檢查統計表中分別用1、2、3、4、5來表示)。又因為通風係統評價因素多為定的，所以采用改進的等級比重法確定單因素隸屬度。即直接由多個專家對被評價因素屬度做出估計，然後取其平均值作為該因素的隸屬度;允許專家對被評價因素給出所屬等級的區間範圍，比如，認為某被評價因素同時屬於很好、好、一般三級。

運用編製的模糊綜合評判檢查表，邀請10名礦山安全評價專家對大安山煤礦通風係統狀況進行評判，專家綜合判定結果見表5、表6、表7、表8、表9、表10。

表5通風設施及可靠性安全檢查表

通風設施及可靠性 權重：0.141	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	通風設施(風門、風窗等)質量合格率	0.0711	2	4	3	1	0
	通風巷道狀況及維修情況	0.5762	2	5	3	0	0
	礦井風網可調節程度	0.2145	2	4	3	1	0
	千米巷道設施（風門、風窗等）數	0.1388	2	4	3	1	0

表6礦井供風量與風質安全檢查表

礦井供風量與風質權重:0.2797	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	礦井風量供需比	0.3831	4	5	1	0	0
	有效風量利用率	0.1743	4	2	3	1	0
	風速合格率	0.0808	3	2	2	2	1
	礦井漏風率	0.2535	1	3	4	2	0
	采煤工作麵配風合格率	0.1083	3	3	2	1	1

表7阻力分配安全檢查表

通風網絡阻力分配權重：0.195	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	通風係統等積孔	0.4598	1	3	3	2	1
	礦井回風段阻力百分比	0.2576	0	0	3	2	2
	進風段阻力百分比	0.1611	0	4	3	2	1
	用風段阻力百分比	0.1215	0	2	4	2	2

表8通風網絡結構合理性安全檢查表

通風網絡結構合理性權重：0.0579	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	火藥庫獨立回風係統	0.5098	5	3	2	0	0
	采掘麵局扇通風	0.134	1	2	4	3	0
	礦井風網角聯	0.076	0	3	4	2	1
	礦井分區通風	0.2802	6	2	2	0	0

表9主要通風機裝置運行狀況安全檢查表

主要通風機裝置運行狀況權重：0.2868	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	主要通風機喘振發生率	0.5221	5	4	1	0	0
	主要通風機運行效率	0.1765	3	3	4	0	0
	主要通風機電機負荷率	0.1479	4	3	2	1	0
	主要通風機能力備用係數	0.1072	3	4	2	1	0
	自然風壓影響	0.0462	3	3	3	1	0

表10局部通風機安全檢查表

局部通風機權重：0.0395	評估因素	權重	評估等級
			好	較好	一般	較差	差
	局部通風機無計劃停電停風故障率	0.3333	5	4	1	0	0
	井下局部通風機安全裝備達標率	0.6667	6	3	1	0	0

4.2模糊綜合評價計算結果

（1）通風設施模糊綜合評價

由表5得到評價矩陣:

R₁=

通風實施的權重值為B₁=0.141

B₁= [0.0711 0.5762 0.2145 0.1388]

則通風實施的評判結果為：

C₁= B₁×R₁

= [0.0711 0.5762 0.2145 0.1388]×

= [0.2012 0.4579 0.3018 0.042 0]

(2)礦井供風量與風質模糊綜合評價

由表6得到評判矩陣：

R₂=

礦井供風量與風質的權重值為B₂=0.2797

B₂=[0.3831 0.1743 0.0808 0.2535 0.1083]

則評判結果為:

C₂=B₂×R₂

= [0.3831 0.1743 0.0808 0.2535 0.1083]×

= [0.3050 0.3511 0.2298 0.0951 0.0189]

(3)阻力分配模糊綜合評價

由表7到評判矩陣：

R₃=

阻力分配的權重值為：B₃=0.195

B₃= [0.4598 0.2576 0.1611 0.1215]

則評判結果為:

C₃=B₃×R₃

=[0.4598 0.2576 0.1611 0.1215]×

= [0.0460 0.2267 0.3121 0.2 0.1385]

(4)通風網絡結構合理性模糊綜合性評價

由表8得到評價矩陣：

R₄=

通風網絡結構合理性的權重值為B₄=0.0579

B₄= [0.5098 0.134 0.076 0.2802]

則評判結果為:

C₄= B₄×R₄

= [0.5098 0.134 0.076 0.2802]×

= [0.4318 0.2591 0.242 0.0554 0.0076]

(5)主要通風機裝置運行狀況模糊綜合評價

由表9得到評價矩陣：

R₅=

主要通風機裝置運行狀況的權重值B₅=0.2868

B₅= [0.5221 01765 0.1479 0.1072 0.0462]

則評判結果為:

C₅=B₅×R₅

=[0.5221 01765 0.1479 0.1072 0.0462]

= [0.4184 0.3629 0.1877 0.0301 0]

(6)局部通風機模糊綜合評價

由表10得到評價矩陣：

R₆=

局部通風機權重值B₆=0.0395

B₆= [0.3333 0.6667]

則評判結果為:

C₆=B6×R₆

=[0.3333 0.6667]×

= [0.5667 0.3333 0.1 0 0]

上述評價結果又得到一個總的二級評價矩陣：

B=A·C=（A₁A₂A₃A₄A₅A₆）·

= (0.141 0.2797 0.195 0.0579 0.2868 0.0395)·

=（0.2900 0.3392 0.2585 0.0834 0.0327）

即大安山煤礦的通風係統安全性的模糊綜合評價結果為：

好較 好一 般較 差差

F=

5主要結論

采用層次分析法和模糊綜合評價，對大安山煤礦通風係統的可靠性進行評估，得到如下結論。

（1）評估結果不難看出，通風係統工況良好，符合生產要求，但有待於進一步完善改進。大安山屬於低瓦斯礦山，而且建立完整獨立分區通風係統，具備良好的抗災能力。

（2）影響大安山煤礦通風係統穩定向的主要二級子係統是：主要通風機裝置運行狀況，其可靠性的權重為0.2868；礦井供風量與風質，其可靠性權重0.2797；通風網絡阻力分配，其權值為0.195；通風設施及可靠性，其權重為0.141。

（3）在影響大安山煤礦通風係統可靠性的三級子係統中，各子係統其權值不相同，權重較大的子係統，說明對其上級子係統的影響較大，因而也是通風係統各個環節管理的重點所在，建議加強對關鍵環節的管理和維護，保障礦山安全生產。

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