基于模糊理论的煤矿开采风险分析

范利军

(山西新村煤业有限公司,山西 长治 046000)

煤矿安全直接影响煤矿生产经营,对煤矿项目进行安全风险管理,可以减少煤矿安全风险带来的损失[1]。煤矿安全风险管理及控制主要包括:煤矿风险因素分析、模糊方法介绍、模糊分析及对煤矿项目的风险等级进行判断[2]。本文以山西某煤矿实际情况为研究背景,对煤矿开采风险等级进行划分,并根据划分等级提出相应的风险控制对策,对今后煤矿开采风险评定以及安全管理提供理论支持。

1　煤矿开采风险因素分析

1.1　煤矿风险特点

1)复杂性。煤矿的生产及工作环境主要在地下进行,由于作业环境的复杂多变及生产系统庞杂,煤矿生产属于复杂系统。

2)动态变化性。一旦地质条件不同或作业环境变化就会导致采掘面的推进方式变化,矿井延伸也相应地改变。

3)随机性。煤矿安全处于复杂的灰色关联系统中,尤其是井下自然灾害较多,随机性较为明显。煤层瓦斯赋存量、粉尘中所含有害气体的种类、水量及涌出、风流中的瓦斯浓度等均具有一定的随机性。

4)灾害事故的关联性。煤矿井下安全影响因素种类较多,灾害的发生是由多个因素共同作用、影响,多种影响因素之间相互作用导致事故发生的概率增加。

1.2　煤矿风险分析过程

对煤矿风险进行分析识别,包括人员因素、管理因素、煤矿固有因素、工作环境因素、机械装备因素、技术因素六个方面。

人员因素:煤矿员工平均受教育水平较低,通常受教育的时间长短跟个人的综合素质水平呈正相关。

管理因素:及时对发现的安全隐患做出有效的整改,表现了煤矿管理安全风险的能力,发挥着降低风险的作用。

煤矿固有因素:矿井瓦斯条件,包括瓦斯涌出量和抽采难度,瓦斯涌出量越大,发生瓦斯爆炸事故的可能性越高。

工作环境因素:开采的煤层工作面释放的有毒有害物体达到一定的浓度标准会对人体造成威胁和伤害,严重的甚至能导致员工窒息死亡。

机械装备因素:系统装置的可靠状态就是非故障状态,处于可靠状态的设备占比越多,煤矿的风险等级越低。

设备安装、存放位置是否合理:技术措施的落实状况,要认真抓好技术工作,维护技术管理的权威性、严肃性,增强技术管理的科学性、预见性、针对性、可操作性。

2　模糊方法介绍

为反映各因素重要性赋予指标因素权重,模糊综合评价可以表示为[3]:

=(b1,b2,…,bn).

(1)

式中:B为各因素的综合评判向量;A表示各权数组成向量;R表示评价指标的模糊综合评判矩阵;a表示各权数,r代表评价矩阵的每一项;b表示各因素的综合。

(2)

式中:rij代表评价矩阵的每一项;Pij代表评价指标体系中每一个打分的数值。

根据最大隶属原则,确定评判对象所对应的评语级别。

3　层次分析法

层次分析包括构造层次结构、构造对比矩阵、计算权重及一致性检验。其中指标层次结构根据专家意见已构建完成,对指标重要性进行评比,评比依据相对重要性定量表示构成评价矩阵[4]。指标权重计算一致性检验:

(3)

(4)

式中:CI表示一致性指标;λmax表示最大特征根;n表示样本数量;CR表示一致性比率;RI表示平均随机一致性指标,RI=[0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58 1.59]。

CR<0.10表示矩阵的一致性可以接受,否则矩阵的一致性不可以接受。

专家评价根据相对重要性的原则,采取1-10表示相对重要性强度,对6个一级评价指标进行重要性比较,比较结果如表1所示。

表1　判断矩阵及一致性检验Table 1　Judgment matrix and consistency check

表1中,数字越大表示重要性越强,1表示同样重要,3表示前者比后者重要性程度较高,1/3表示后者比前者重要性较高。X1表示影响要素1,即人员要素；X2表示管理因素；X3表示煤矿固有因素；X4表示工作环境因素；X5表示机械装备因素；X6表示技术因素。例如X1对应X4重要性影响程度值为4,表示因素1比因素4较为重要;X2对X1重要性影响值为1/3,表示因素1不如因素2重要,且重要度相对较低;横栏和竖栏的X1-X6表示一级指标要素。

表内数据组成得到判断矩阵,并根据MATLAB计算得出:最大特征根λmax为6.335 4,一致性指标CI为0.067 1且一致性CR为0.053 2<0.1,故该判断矩阵的一致性是可接受的。

根据层次分析法计算一级指标权重A=[0.31 0.21 0.17 0.07 0.11 0.14]。在6个一级指标中人员因素的权重是最大的,为0.31,其次是管理因素,其权重为0.21,故应加强管理以减轻煤矿的安全风险。

本文以孟家窑煤矿的实际情况为背景,对评价指标体系中的各指标进行客观的评价和判断,对煤矿安全风险进行评价打分。每项评价指标分别设置I、II、III、IV、V五个等级,通过对每个指标进行打分,运用模糊熵值法对各因素进行模糊评价计算:

人员风险模糊矩阵[0.33 0.30 0.29 0.15 0];管理风险模糊矩阵[0.30 0.26 0.29 0.23 0];煤矿固有风险模糊矩阵[0.30 0.30 0.27 0.16 0];工作环境模糊矩阵[0.33 0.29 0.21 0.19 0];机械装备模糊矩阵[0.28 0.30 0.24 0.18 0];技术分析模糊矩阵[0.29 0.32 0.24 0.21 0.03]。

模糊层次分析法最终求得R=P·C=[0.31 0.30 0.27 0.16 0];判断风险等级为I级,表示风险程度低。

4　风险应对

1)煤矿资源自然风险控制对策。加大对煤矿的勘查力度,对煤矿褶皱、断层、顶底板稳定性、煤层等进行详细的勘探,确保煤矿储存情况及煤层稳定性符合安全开采的条件。对存在危险的区域进行有效的控制,避开危险区域。在合适的地方建设巷道、设计采区及水平,对煤矿开采、建设进行合理设计,尽量减少投资降低风险,减少人员搬运次数,巷道、采区、水平、采煤方法及工艺等均根据煤矿自然条件进行合理安排,对瓦斯、突水等自然灾害进行有效预防及控制。

2)煤矿企业运营风险控制对策。煤炭经营主要风险在于煤炭价格及市场供需,对于煤矿企业来说,应对市场、政策、税收等进行分析,加强企业活动、加大管理力度、增加环保人力物力,合理规划企业生产运营并降低税收风险。煤矿企业属于高风险的行业,主要风险来源价格风险,签订相应协议,不断地提出相应的保障措施,进行有效的控制措施,可以降低风险。

3)煤矿开采过程风险控制对策。对于煤田来说,开采过程风险在于顶底板控制方式、采煤工艺、煤炭开采方式等。根据煤炭资源及煤矿企业实际情况,可从合理有效的设计、高素质人才培养、高效率的管理体制等方面对煤矿开采过程进行风险控制。

5　结论

1)通过安全风险因素分析及风险因素识别,选取煤矿相关风险因素,采用模糊层次分析法结合选取评价指标并建立模糊矩阵,确定煤矿采区模糊隶属度,得到模糊评价。

2)根据模糊层次分析法所得结果进行分析,判断孟家窑煤矿安全风险等级属于I级低警状态。分析结果与煤矿实际情况基本上符合,因此确定为低警。

3)根据风险等级制定相应的预警措施,分别对煤矿自然风险、煤矿企业运营风险、煤矿开采过程风险进行控制。