張婷婷，宿國瑞，侍大軍

(1.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100042；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；3.礦山熱動力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 葫蘆島 125105；4.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號煤礦，山東 濟(jì)寧 272071)

隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、可視化技術(shù)、決策支持技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的運(yùn)用[1-5]，煤礦進(jìn)入工業(yè)化、信息化時(shí)代，傳統(tǒng)安全管理模式已無法適應(yīng)，煤礦企業(yè)應(yīng)抓住“兩化融合”機(jī)遇，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)安全管理理念，改變管理模式，科學(xué)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識評估，動態(tài)分級管控預(yù)警，全方位隱患排查，閉環(huán)治理，實(shí)現(xiàn)信息化的煤礦本質(zhì)安全，提高安全生產(chǎn)管理水平，最終達(dá)到“零事故”目的[6-9]。

目前，科學(xué)有效的安全管理體系是目前指導(dǎo)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要理論依據(jù)和技術(shù)手段。Zhai J等[10]闡述了突變理論的基本原理，設(shè)計(jì)了煤礦安全管理指標(biāo)體系，建立了基于突變理論的煤礦安全管理評價(jià)模型；Yang等[11]研究了“煤礦人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論和煤礦生產(chǎn)實(shí)踐觀測相結(jié)合的方法，對煤礦事故及其影響因素進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，定量分析煤礦安全事故；Zhang等[12]從安全生產(chǎn)體系、設(shè)備與技術(shù)管理等七個(gè)方面建立了煤礦安全管理系統(tǒng)，并采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對煤礦安全管理進(jìn)行綜合性評估，提高了安全決策和優(yōu)化的準(zhǔn)確性。雖然眾多專家學(xué)者做了探索，但是這些科研成果卻很難應(yīng)用在我國煤礦安全生產(chǎn)實(shí)際中。因此，基于我國煤炭安全生產(chǎn)形勢，結(jié)合煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)特色，構(gòu)建一套科學(xué)、完善的煤礦安全管理體系，并建立符合煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)的安全管理模型，對預(yù)防及減少煤礦事故具有重大意義。

1 煤礦風(fēng)險(xiǎn)辨識與標(biāo)準(zhǔn)化評分

1.1 風(fēng)險(xiǎn)辨識及定量分級

煤礦井下安全風(fēng)險(xiǎn)的辨識是煤礦風(fēng)險(xiǎn)分級管控最基礎(chǔ)的工作，因此對于煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)的辨識工作必須做到科學(xué)、全面。安全風(fēng)險(xiǎn)定量評估可以很好的了解安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)等級，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級制定相應(yīng)的管控措施，從而抑制風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化成隱患，降低事故發(fā)生的概率，提高安全管理水平。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管理國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 31000中各風(fēng)險(xiǎn)評估方法的適用性和能否提供定量結(jié)果以及各煤礦實(shí)際應(yīng)用，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣(Risk Matrix)對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分級。風(fēng)險(xiǎn)矩陣[13]是一種將定性或半定量的后果分級與產(chǎn)生一定水平的風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)等級的可能性相結(jié)合的方式。風(fēng)險(xiǎn)矩陣法通過度量風(fēng)險(xiǎn)大小后利用矩陣的方式對風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算分級。計(jì)算公式為：

R=L×S

(1)

式中，R為安全風(fēng)險(xiǎn)等級結(jié)果；L為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率、頻次；S為發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度。

利用理論研究和現(xiàn)場調(diào)研相結(jié)合的方法對發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)后的嚴(yán)重程度和發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率、頻次進(jìn)行了綜合分析，根據(jù)人的傷害程度或者傷害估算損失S進(jìn)行量化分為5級，具體見表1。

表1 發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)后的損失估算

通過對我國煤礦事故的統(tǒng)計(jì)分析，將煤礦發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和發(fā)生的頻次進(jìn)行量化分為5個(gè)等級，具體見表2。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法原理，結(jié)合表1和表2的量化結(jié)果繪制風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖，如圖1所示。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)文規(guī)定將風(fēng)險(xiǎn)分成“紅橙黃藍(lán)”4個(gè)級別，第Ⅰ級表示低風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果在1～3之間，用藍(lán)色表示；第Ⅱ級表示一般風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果在4～9之間，用黃色表示；第Ⅲ級表示較大風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果在10～16之間，用橙色表示；第Ⅳ級表示重大風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果在20～25之間，用紅色表示。風(fēng)險(xiǎn)等級劃分見表3。

表2 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率與頻次估算

圖1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級劃分

1.2 安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評分

根據(jù)最新的煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評分方法規(guī)定：井工礦將生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為11個(gè)部分，即安全風(fēng)險(xiǎn)分級管控、事故隱患排查治理、通風(fēng)、地質(zhì)災(zāi)害防治與測量、采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、職業(yè)衛(wèi)生、安全培訓(xùn)與應(yīng)急管理以及調(diào)度。

井工礦標(biāo)準(zhǔn)化總分為100分，根據(jù)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化中井工礦各專業(yè)評分細(xì)則進(jìn)行評分，各專業(yè)得分乘以相應(yīng)權(quán)重，求和得到標(biāo)準(zhǔn)化總分如式(2)。各專業(yè)相應(yīng)的權(quán)重見表4。

表4 井工礦各專業(yè)權(quán)重

(2)

式中，M為井工礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化總分；ai為各專業(yè)對應(yīng)的權(quán)重值；Mi為各專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化得分。

如果在考核評分中，出現(xiàn)專業(yè)缺失情況，將該專業(yè)加權(quán)分值，平均折算到其他專業(yè)中進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式中，T為安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)際得分；P為缺失專業(yè)加權(quán)值；Q為加權(quán)分值。

2 AHP-SPA安全管理模型構(gòu)建

安全管理模型構(gòu)建的基礎(chǔ)是煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評估定量分級與安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)，因此在結(jié)合兩者的基礎(chǔ)之上，結(jié)合層次分析法與集對勢分析，構(gòu)建AHP-SPA的安全管理模型，實(shí)現(xiàn)對煤礦安全管理效果的動態(tài)評估。

1)層次分析法 (Analytic Hierarchy Process，AHP)是將與決策具有一定聯(lián)系的元素分解成目標(biāo)層、主因子層、次因子層等[14]，層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的決策方法，其RI取值見表5。利用AHP法計(jì)算評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的主要步驟如圖2所示。

2)根據(jù)煤礦安全管理實(shí)際情況建立安全評估指標(biāo)，將煤礦安全狀態(tài)分為“安全”、“一般安全”、“不安全”，運(yùn)用層次分析(AHP)與集對分析(SPA)耦合進(jìn)行煤礦“三位一體”安全管理效果的動態(tài)評估。

表5 RI值取值

圖2 基于層次分析的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算過程圖

集對分析法 (Set Pair Analysis，SPA)的基本思想是將事物的確定性與不確定性看作一個(gè)對立系統(tǒng)，從同、異、反3個(gè)角度進(jìn)行分析[12]。算法運(yùn)用聯(lián)系度對不確定性進(jìn)行描述，將不確定性的辯證認(rèn)識轉(zhuǎn)換為直觀的數(shù)學(xué)模型，用來分析解決不確定問題。

集對H(A，B)的聯(lián)系度表達(dá)式為：

(4)

式中，i為差異度系數(shù)，i∈[-1，1]；j為對立性系數(shù)，一般情況下設(shè)定j=1。

對于聯(lián)系度的計(jì)算存在考慮權(quán)重和不考慮權(quán)重兩種情況，根據(jù)文獻(xiàn)[15]結(jié)論不考慮指標(biāo)權(quán)重比考慮指標(biāo)權(quán)重的安全程度要低，論文采用考慮權(quán)重計(jì)算聯(lián)系度。計(jì)算公式為：

(5)

在聯(lián)系度μ=a+bi+cj中，若c≠0，則同一度a與對立度c的比值就是集對勢，一般用e表示。集對勢中若a>c，則集合A、B為同勢；若a=c，則集合A、B為均勢；若a

一般SPA模型評估結(jié)果分為以下三種情況：①集對勢表現(xiàn)為反勢，無需考慮悲觀勢，評價(jià)結(jié)果判定為“不安全”狀態(tài)；集對勢表現(xiàn)為同勢，且a/b+c≤1，評價(jià)結(jié)果判定為“一般安全”狀態(tài)；集對勢表現(xiàn)為同勢，且a/b+c>1，評價(jià)結(jié)果判定為“安全”狀態(tài)。

建立煤礦安全評價(jià)指標(biāo)，利用AHP法計(jì)算出評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用權(quán)重結(jié)果到式(5)中進(jìn)行聯(lián)系度的計(jì)算，然后進(jìn)行集對勢的分析，完成安全管理效果動態(tài)評估。

表6 集對勢分析

3 基于AHP-SPA的煤礦安全管理模型應(yīng)用

3.1 基于AHP-SPA的煤礦安全模型

濟(jì)寧二號煤礦在2016年底進(jìn)行年度安全風(fēng)險(xiǎn)辨識評估，查出風(fēng)險(xiǎn)源2263個(gè)。其中安全管理類風(fēng)險(xiǎn)212個(gè)、從業(yè)人員類風(fēng)險(xiǎn)1679個(gè)、作業(yè)場所類風(fēng)險(xiǎn)163個(gè)、設(shè)備設(shè)施類風(fēng)險(xiǎn)209個(gè)。運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對煤礦風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效準(zhǔn)確的分級，其中重大風(fēng)險(xiǎn)89個(gè)，較大風(fēng)險(xiǎn)261個(gè)、一般風(fēng)險(xiǎn)1210個(gè)、低風(fēng)險(xiǎn)703個(gè)。

根據(jù)安委辦〔2012〕1號結(jié)合濟(jì)寧二號煤礦對隱患做了具體分類，共包括4大類45小類487種類，并對隱患做了詳細(xì)的分類分級，分別見表7和表8，按照隱患信息不同緯度統(tǒng)計(jì)當(dāng)月隱患情況。

表7 隱患分類

表8 隱患具體分類分級

自模型運(yùn)用以來，每個(gè)月至少進(jìn)行1次安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化檢查，按照月份和專業(yè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。目前，經(jīng)過模型的試用，將濟(jì)寧二號煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評為2級，得分趨于穩(wěn)定，在2月份安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化得分最高，為85.48分。

3.2 應(yīng)用效果分析

現(xiàn)采用AHP-SPA方法對安全管理效果做具體分析，煤礦“三位一體”評價(jià)指標(biāo)體系中風(fēng)險(xiǎn)分級管控、隱患排查治理、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化三者的主要度見表9。由表9可以看出，CR的值符合一致性要求。

表9 一級指標(biāo)主要度表

對于風(fēng)險(xiǎn)分級管控，通過2016年11—12月各專業(yè)管控不到位的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量確定相應(yīng)二級指標(biāo)相對重要度，同理隱患排查治理通過各專業(yè)查出的隱患數(shù)量確定相對重要度；安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)各專業(yè)扣分比值確定。2016年11—12月各專業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控不到位情況：通風(fēng)4例，地質(zhì)災(zāi)害防治與測量5例，采煤2例，掘進(jìn)2例，機(jī)電1例，運(yùn)輸1例，職業(yè)衛(wèi)生0例，安全培訓(xùn)和應(yīng)急管理0例，調(diào)度0例。2016年11—12月各專業(yè)隱患情況：通風(fēng)177起，地質(zhì)災(zāi)害防治與測量134起，采煤432起，掘進(jìn)312起，機(jī)電125起，運(yùn)輸80起。2016年11—12月各專業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化得分：通風(fēng)84分，地質(zhì)災(zāi)害防治與測量79分，采煤88分，掘進(jìn)87分，機(jī)電90分，運(yùn)輸92分，職業(yè)衛(wèi)生83分，安全培訓(xùn)和應(yīng)急管理79分，調(diào)度86分。具體指標(biāo)權(quán)重值見表10。

表10 各級指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)綜合權(quán)值情況進(jìn)行分析，地質(zhì)災(zāi)害防治與測量在三項(xiàng)工作中綜合權(quán)值都比較高，采煤專業(yè)隱患最高，達(dá)到0.1871，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)采工作面具有沖擊傾向性，處于危險(xiǎn)作業(yè)地段，需要加強(qiáng)沖擊地壓監(jiān)測與監(jiān)控預(yù)警，采取一定卸壓技術(shù)，保證工作面安全回采。

將煤礦安全等級分為“安全”、“一般安全”、“不安全”三個(gè)等級，基于均分原則取值，計(jì)算出聯(lián)系度μ，進(jìn)行歸一化處理，用于表示安全評價(jià)結(jié)果，具體安全等級劃分見表11。

表11 煤礦安全等級劃分

濟(jì)寧二號煤礦聘請煤炭領(lǐng)域權(quán)威專家、相關(guān)高校教授以及集團(tuán)公司內(nèi)部的技術(shù)人員對2016年10月—2017年2月五個(gè)月份的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了評價(jià)，評級結(jié)果見表12。

根據(jù)表求出各月份聯(lián)系度：

(6)

表12 2016年10月—2017年2月各項(xiàng)指標(biāo)評級

圖3 濟(jì)寧二號煤礦安全評估趨勢分析

4 結(jié) 論

1)研究確定了安全風(fēng)險(xiǎn)分級辨識評估標(biāo)準(zhǔn)以及安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評分準(zhǔn)則，建立了以煤礦三位一體(安全風(fēng)險(xiǎn)分級管控、隱患排查治理、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化)為基準(zhǔn)的煤礦安全管理評估指標(biāo)體系。并基于建立的二級指標(biāo)體系，構(gòu)建了基于AHP-SPA的煤礦安全管理評估模型。

2)將安全管理模型在濟(jì)寧二號煤礦進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合濟(jì)寧二號煤礦隱患具體情況將隱患分為4大類45小類487種類；運(yùn)用AHP-SPA模型對安全管理效果進(jìn)行評估，濟(jì)寧二號煤礦總體處于一般安全狀態(tài)。