張建華 李澤安

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

爆破是礦山生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，但其具有危險(xiǎn)性大、潛在危險(xiǎn)源多、易發(fā)生事故和產(chǎn)生的事故后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，給礦山工作人員的人身安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。在各類(lèi)生產(chǎn)事故中，爆破事故所占比例高達(dá)40%以上［1］。礦山企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)安全爆破，直接影響著員工的安全與健康、企業(yè)能否正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等重要問(wèn)題。因此通過(guò)科學(xué)的方法分析礦山爆破事故，確定需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，然后采取相關(guān)措施以提高爆破安全性，是礦山管理人員和爆破人員的基本任務(wù)。

目前，爆破事故常用的分析方法有層次分析法、事故樹(shù)、事件樹(shù)、魚(yú)刺圖法等。其中層次分析法［2］是由美國(guó)匹茲堡大學(xué)AL Saaty教授于20世紀(jì)70年代初提出的，目的是為了解決多目標(biāo)決策問(wèn)題，特別是解決一些只能定性無(wú)法定量的問(wèn)題。但傳統(tǒng)的AHP方法為了確保排序的準(zhǔn)確性，必須要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果沒(méi)有通過(guò)檢驗(yàn)，需要專(zhuān)家再次打分、調(diào)整和計(jì)算，而這種調(diào)整一般會(huì)帶來(lái)很大的主觀性，影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度，而且可能需要經(jīng)過(guò)多次計(jì)算才可以通過(guò)檢驗(yàn)［2］。為了解決以上問(wèn)題，東南大學(xué)梁樑教授［3］于1989年提出了一種改進(jìn)方法，通過(guò)引進(jìn)最優(yōu)傳遞矩陣，使之可以不進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，該方法是可行的。因此作者將改進(jìn)層次分析法運(yùn)用到爆破事故分析中，既可以避免傳統(tǒng)層次分析法的不足，又可以繼承其優(yōu)點(diǎn)。最后結(jié)合ABC法，對(duì)指標(biāo)層因素進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)，確定需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

1 改進(jìn)層次分析法

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

對(duì)所要研究的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，將問(wèn)題所包含的各種因素進(jìn)行歸納，然后將這些因素自上而下分層，上層影響著下層，而層內(nèi)之間各因素基本上是相對(duì)獨(dú)立的，構(gòu)造出層次結(jié)構(gòu)模型。層次結(jié)構(gòu)模型一般分為A(最高層)、C(中間層)和P(最低層)3層。A(最高層):決策的目的、要解決的問(wèn)題;C(中間層):考慮的因素、決策的準(zhǔn)則;P(最低層):決策時(shí)的備選方案。

1.2 構(gòu)造判斷矩陣F

判斷矩陣表示在相同層次中，每個(gè)因素相對(duì)于上一層次的同一個(gè)因素的重要性程度。通常采用1～9標(biāo)度法。

表1 判斷矩陣標(biāo)度值及其含義

1.3 計(jì)算反對(duì)稱(chēng)傳遞矩陣Q

定理 1:設(shè) A=［aij］、B=［bij］、C=［cij］∈Rn×n，若aij=1/aji，則稱(chēng)A為互反矩陣;若bij=－bji，則稱(chēng)B為反對(duì)稱(chēng)矩陣;若A為互反矩陣，且aij=aik/ajk，則稱(chēng)A是一致的;若B是反對(duì)稱(chēng)陣，且bij=bik+bkj，則稱(chēng)B是傳遞的。

設(shè) F=［fij］、Q=［qij］、L=［lij］、F*=［fij*］∈Rn×n。

因?yàn)?fii=1，fij=1/fji(i，j=1，2，…，n)，所以，F(xiàn)為互反矩陣;又fij=fik/fjk，所以F是一致的。

令 Q=lgF(qij=lgfij)，則 qij= －qji且 qij=qik+qkj，那么Q為反對(duì)稱(chēng)矩陣，并且是傳遞的。

1.4 計(jì)算Q的最優(yōu)傳遞矩陣L

1.5 計(jì)算擬優(yōu)一致矩陣F*

定理3:若A是互反矩陣，B=lgA，C是B的最優(yōu)傳遞矩陣，那么矩陣A*=10C是A的一個(gè)擬優(yōu)傳遞矩陣，并且它是一致的。

令F*=10L，則F*是F的擬優(yōu)一致矩陣。

1.6 用方根法求H*的特征向量W

將F*的元素按行相乘，對(duì)乘積分別開(kāi)n次方。并將方根向量歸一化，即得特征向量 W，其中，Wi表示對(duì)應(yīng)元素相對(duì)上一層次因素重要性的權(quán)重值。

1.7 層次總排序

重復(fù)以上步驟，計(jì)算P層對(duì)于C層的權(quán)重值:

計(jì)算P層對(duì)于A層的相對(duì)重要性次序的權(quán)重值，最后根據(jù)計(jì)算得到的Wi，P-A值進(jìn)行排序。

1.8 對(duì)指標(biāo)層進(jìn)行分類(lèi)

ABC 分類(lèi)法［4-5］把被分析的對(duì)象分成 A、B、C 3類(lèi)，其中A類(lèi)表示主要影響因素，B類(lèi)表示次要影響因素，C類(lèi)表示一般影響因素。劃分的標(biāo)準(zhǔn)是分析對(duì)象的累計(jì)頻率，A、B、C三類(lèi)累計(jì)頻率分別為0%～80%、80% ～90%和90% ～100%。由于A、B兩類(lèi)累積頻率和大于90%，可以認(rèn)為其所包含的信息量足以代表全部的信息量，因此在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，只需對(duì)A和B兩類(lèi)的指標(biāo)層采取相應(yīng)措施，就可以達(dá)到改善目標(biāo)層的目的。

2 案例分析

通過(guò)調(diào)查分析某礦山近10 a的爆破事故，把影響爆破安全的因素分為爆破設(shè)計(jì)、爆破操作及安全管理和環(huán)境三大類(lèi)，再細(xì)分為安全距離過(guò)小、裝藥量過(guò)大、孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、抵抗線設(shè)計(jì)不合理等12個(gè)方面。

2.1 層次結(jié)構(gòu)模型建立

通過(guò)分析爆破事故，把影響爆破安全的因素進(jìn)行分類(lèi)，然后繪制出層次分析模型，見(jiàn)表2。

表2 爆破事故層次結(jié)構(gòu)模型

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)專(zhuān)家打分，確定各因素之間的相對(duì)重要程度，得到表3～表64個(gè)判斷矩陣。

表3 A-C判斷矩陣

表4 C1-P判斷矩陣

表5 C2-P判斷矩陣

表6 C3-P判斷矩陣

2.3 計(jì)算過(guò)程

下面以計(jì)算WA-C為例進(jìn)行計(jì)算。

(1)由判斷矩陣FA-C，可以求出反對(duì)稱(chēng)傳遞矩陣QA-C:

(2)計(jì)算最優(yōu)傳遞陣LA-C:

(4)求特征向量WA-C。

WA-C=［2.4660，1.0000，0.4055］T，歸一化，得:

同理，計(jì)算P層因素對(duì)C層因素的相對(duì)權(quán)重值得:

2.4 層次總排序

由以上計(jì)算結(jié)果，利用式(1)計(jì)算P層對(duì)于A層的權(quán)重值。Wi，P-A表示P層因素相對(duì)于A層的重要性的總權(quán)重值，見(jiàn)表7。

2.5 指標(biāo)層分類(lèi)

由表7計(jì)算得出的結(jié)果繪制出ABC分類(lèi)圖，見(jiàn)圖1。

表7 層次總排序

圖1 指標(biāo)層ABC分類(lèi)結(jié)果■—P 權(quán)值;－－－—求和

由圖1可以看出，屬于A類(lèi)的指標(biāo)包括P3孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、P4抵抗線設(shè)計(jì)不合理、P5未按設(shè)計(jì)連接網(wǎng)絡(luò)這3個(gè)因素;屬于B類(lèi)的指標(biāo)有P2裝藥量設(shè)計(jì)過(guò)大、P6未按設(shè)計(jì)布孔裝藥、P8起爆前未清點(diǎn)人數(shù)等3個(gè)因素，其他指標(biāo)都屬于C類(lèi)。由此可以得出，該礦山需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題是孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、抵抗線設(shè)計(jì)不合理、未按設(shè)計(jì)連接網(wǎng)絡(luò)、裝藥量設(shè)計(jì)過(guò)大、未按設(shè)計(jì)布孔裝藥及起爆前未清點(diǎn)人數(shù)6個(gè)方面。

2.6 分析結(jié)果

通過(guò)以上分析計(jì)算，結(jié)合最大隸屬度原則得出以下結(jié)論:

(1)通過(guò)一級(jí)目標(biāo)層權(quán)重計(jì)算結(jié)果得出:爆破設(shè)計(jì)是影響爆破安全的最大影響因素，所占權(quán)重高達(dá)0.6370，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn);其次是爆破操作，所占權(quán)重為0.2583，要解決爆破操作人員的不規(guī)范化或不合理操作。

(2)從二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果得出:P3孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、P4抵抗線設(shè)計(jì)不合理、P5未按設(shè)計(jì)連接網(wǎng)絡(luò)這3個(gè)因素屬于A類(lèi)，P2裝藥量設(shè)計(jì)過(guò)大、P6未按設(shè)計(jì)布孔裝藥、P8起爆前未清點(diǎn)人數(shù)屬于B類(lèi)，其他均屬于C類(lèi)。相對(duì)于C類(lèi)來(lái)講，需要重點(diǎn)解決A和B兩類(lèi)所包含的問(wèn)題，才可以達(dá)到安全爆破的目的。

3 總結(jié)

通過(guò)改進(jìn)的層次分析法分析某礦山爆破事故，可以得出影響該礦山爆破安全的主要因素是孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、抵抗線設(shè)計(jì)不合理、未按設(shè)計(jì)連接網(wǎng)絡(luò)和裝藥量設(shè)計(jì)過(guò)大等。因此，要提高礦山爆破的安全性，需要重點(diǎn)解決這六個(gè)方面的問(wèn)題。此外，雖然運(yùn)用改進(jìn)層次分析法可以快速確定影響爆破安全的主次要因素，而且還可以避免傳統(tǒng)層次分析法判斷矩陣為通過(guò)一致性檢驗(yàn)而帶來(lái)的片面性和主觀性，但改進(jìn)層次分析法也具有其弊端，即在計(jì)算權(quán)重時(shí)可能出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的權(quán)值相同，當(dāng)出現(xiàn)這種情況，不能保證排序準(zhǔn)確性，因此如何避免這一情況還需進(jìn)一步探討。

［1］ 任玉輝，秦躍平，劉業(yè)嬌.基于FTA-AHP的礦山爆破飛石傷人事故風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014，539(3):59-61.

［2］ 李傳哲，于福亮，鮑衛(wèi)鋒，等.改進(jìn)層次分析法在影響因素分析中的應(yīng)用［J］.節(jié)水灌溉，2006(5):47-52.

［3］ 譚躍進(jìn)，陳英武，易進(jìn)先.系統(tǒng)工程原理［M］.長(zhǎng)沙:國(guó)防科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［4］ 梁 樑，盛昭翰，徐南榮.一種改進(jìn)的層次分析法［J］.系統(tǒng)工程，1989，7(3):5-7.

［5］ 侯 茜，李翠平，李仲學(xué).基于庫(kù)存ABC分類(lèi)法的礦山物料管理［J］.礦業(yè)快報(bào)，2007，455(3):52-55.