灰色理论在矿山安全事故预测中的应用

夏青青,贺跃光,贺德安

(1.长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 410076；2.湖南省安全生产监督管理局,湖南长沙 410118)

矿山业是我国的支柱产业,也是安全事故发生率最高的行业之一,其安全管理问题成为全社会关注的焦点,在“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针指导下,我国政府各级领导十分重视安全生产问题。文章以2003-2007年全国非煤矿山事故死亡人数为例,建立非煤矿山事故死亡人数灰色预测模型,力求了解非煤矿山未来可能发生的安全事故,为非煤矿山生产安全决策提供参考。

1 矿山安全中的灰色预测原理

灰色系统(Grey System)理论是我国著名学者邓聚龙教授20世纪80年代初创立的一种兼备软硬科学特性的新理论。该理论将信息完全明确的系统定义为白色系统,将信息完全不明确的系统定义为黑色系统,将信息部分明确、部分不明确的系统定义为灰色系统[1]。灰色预测具有要求样本数据量少、实用、精确的特点,对于安全事故如受政策影响和人为因素干扰、以及其他各种原因导致的事故样本量少的情况具有优势,而矿山安全事故作为一个本身具有很大的偶然性和模糊性的随机事件,适合应用灰色系统的理论进行研究,传统的安全管理实质上是被动的事后事故管理,要有效地防止矿山安全事故发生,就必须开展安全预测工作。

2 GM(1,1)灰色预测建模方法

1)建立原始数据序列

2)对原始数据序列进行级比检验

计算级比：

若满足即可建立 GM(1,1,)模型；对于级比检验不合格的序列,必须作数据变换处理,使其变换后序列的级比落于可容覆盖中,通常的变换处理途径有：平移变换、对数变换、方根变换[3]。

3)对原始数据序列x(0)作累加变换,得：x(1)=AGO x(0)=

获得级比序列：

检验级比是否满足覆盖序列：

4)对累加生成序列x(1)的前后相邻数据取平均值 ,得：

式中z(1)(k)=0.5x(1)(k)+0.5x(1)(k-1)

5)计算模型的中间参数C、D、E、F

6)计算发展系数 a和灰输入量b

7)构造预测模型

由 GM(1,1)的灰微分方程 x(0)(k)+az(1)(k)=b,可得到其白化响应式

8)建立还原模型

9)模型精度的检验

一个预测模型要经过多种检验才能判定其是否合理,是否合格,是否能有效地预测安全事故,在灰色系统理论中,通常采用均方差检验和关联度检验,检验等级见表1[4]。

表1 模型检验等级参照情况

3 实例研究

根据表2给出的我国非煤矿山2003-2007年死亡人数统计形成一个已知的原始数据序列,采用灰色预测模型 GM(1,1)进行预测计算。

1)构造预测模型

原始序列为 x(0)=(2 890,2 699,2 342,2 271,2 188)

根据式(4),n=5时,σ(0)(k)属于区间,级比检验合格,可建立 GM(1,1)模型。

根据式(7)和式(8)计算得到 a=0.069 1、b=2 916.520 9

数据预测模型为：

最后将数据进行还原处理,得到非煤矿山死亡人数预测值,结果见表2及图1。

表2 我国非煤矿山死亡人数统计及预测结果

图1 我国非煤矿山事故死亡人数预测曲线

2)模型精度检验

①计算 x(0)与的灰色绝对关联度γ：

从而得到关联度

由表1可知该模型关联度为1级。

②计算均方差比 C：

由表1可知该模型均方差比值为1级。

③计算小误差概率：0.674 5S1=182

所以,p=P(|ε(k)-¯ε|＜0.674 5S1)=1＞0.95[5]

由表1可知该模型小误差概率为1级。

因此,所建立的灰色预测模型 GM(1,1)可用于我国非煤矿山死亡人数预测,根据该预测模型可得到我国非煤矿山2008-2010年事故死亡人数分别为：1 992,1 859,1 735 人 。

4 结语

2003年以来,非煤矿山安全生产形势保持了总体稳定、趋于好转的发展态势。本文针对我国非煤矿山事故死亡人数原始数据建立了灰色 GM(1,1)模型,模型精度检验结果表明该模型的预测结果合理,未来3年(2008-2010年)我国非煤矿山事故死亡人数将呈逐年递减的趋势,这为今后一个时期制定安全目标提供了参考。

非煤矿山伤亡事故总量仍然过大,重大、特大事故多发的势头还没有得到有效遏制,非法、违法生产现象严重,安全生产形势依然严峻,因此在保证生产的同时,必须加强安全管理,加强职工安全教育和加大安全方面的投入,切实做好以人为本,保证矿山可持续发展。

[1]刘思峰,党耀国,方志耕,等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社,2004.

[2]邓聚龙.灰预测与灰决策[M].武汉：华中科技大学出版社,2002.

[3]邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉：华中科技大学出版社,2005.

[4]郭齐胜,杨秀月,王杏林,等.系统建模[M].北京：国防工业出版社,2006.

[5]朱晓琳,刘金海.灰色系统理论在煤矿安全生产状况预测中地应用[J].中国矿业,2007,16(9)：39-41.