基于马氏田口方法的煤矿安全质量标准化建设评价

周 晶，任海兵，万 猛，樊坤坤

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116)

基于马氏田口方法的煤矿安全质量标准化建设评价

周 晶，任海兵，万 猛，樊坤坤

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116)

为有效选择煤矿安全质量标准化建设的显著影响指标，以河南某煤矿为例，通过构建煤矿安全质量标准化建设的评价指标体系，并利用马氏田口方法对粗影响指标进行优化筛选，从19个粗影响指标中优选出10个显著影响指标，再利用优化后的评价指标体系对该煤矿的安全标准化建设进行评价与分析，以为煤矿安全质量标准化的研究与评价提供新视角。

马氏田口方法；煤矿；安全质量标准化；评价

煤矿资源是一个国家经济发展的动脉，又是一个国家提升综合实力和社会稳定发展的重要依托。煤矿资源作为基础性能源在我国的国民经济发展中扮演着重要角色[1]。煤矿工业在为我国的经济建设作出突出贡献的同时，也面临着来自技术发展、生态环境、经济增长、煤矿安全等诸多问题的挑战。由于资源禀赋、生产管理、开采技术等诸多条件的制约，在煤矿资源开发过程中，安全事故时有发生，保证煤矿资源开发工作的安全仍然是任重而道远。安全生产是煤矿企业可持续发展的重要保障[2]。煤矿安全质量标准化建设是煤矿企业抓好其他各项工作的基础，也是推进煤矿企业自我管理、自我约束、稳定发展、持续进步的有效管理模式[3]。本文以河南某煤矿为例，通过构建煤矿安全质量标准化建设的评价指标体系，并基于马氏田口方法筛选出影响煤矿安全质量标准化建设的显著影响指标，用来评价与分析该煤矿企业安全质量标准化的建设情况，以为煤矿安全质量标准化建设提供理论依据。

1 马氏田口方法

马氏田口方法是由日本质量管理专家田口玄一博士提出的基于马氏距离和田口方法的一种新兴的质量管理手段，马氏田口方法作为一种基于数据的分析方法，其特点是结合了马氏距离、正交表和信噪比等多种数据分析工具，并采用优化后的显著影响指标对研究对象作出科学的诊断和评价[4-5]。随着研究的不断深入，马氏田口方法由原先的主要用于医疗及医疗设备诊断和预测，逐渐被引入到机器故障检测、信用评价、矿山建设等诸多领域。

2 煤矿安全质量标准化

煤矿安全质量标准化是人们在长期的煤矿资源开发实践中总结出的经验教训与科学理论，它以科学的、系统的、规范的、制度化的理念，指引煤炭资源开发的全过程安全高效地运行。煤矿安全质量标准化建设是指地测防治水质量、采煤质量、掘进质量、通风质量、作业环境质量、工程质量、机电质量、运输质量等必须符合各项法律法规制定的标准，保证煤矿资源开发的安全进行[6]。煤矿安全质量标准化结构模型见图1。

2.1 煤矿安全质量标准化与安全文化

安全文化是煤矿安全质量标准化的重要组成部分，是安全生产的灵魂与核心[7]，它贯穿于安全质量标准化工作的始末。人作为文化的载体，是企业的核心，是企业最富有活力、最具有创造性的资源。人的思想、知识、习惯、作风等是影响安全工作的直接因素，因而只有把安全质量标准化提高到认识安全文化重要性的高度，才能更好地改善煤矿安全形势。

2.2 煤矿安全质量标准化与安全效益

安全效益是指通过安全质量标准化的建设而实现的安全条件[8]。在煤矿资源开发过程中，其指保障人员、技术、机器设备及环境组成系统功能的正常，并直接或间接地给社会和企业的进步与发展带来的利益。安全效益更多地表现为安全投入与安全产出的比较，即由于安全投入而给社会和企业带来的经济效益、生态效益、社会效益。

2.3 煤矿安全质量标准化与PDCA循环

PDCA循环是一个不断发现问题、解决问题的动态循环管理模式[9]，每一次循环都有新的改进目标，周而复始、持续改进、阶段提高。持续改进是安全质量标准化建设必不可少的环节，只有把持续改进、事故预防和风险控制三者有机结合起来，才能建立起煤矿安全质量标准化的长效管理机制，为社会和企业带来更多的福利。

3 马氏田口方法在煤矿安全质量标准化建设中的应用

3.1 构建评价指标体系

本文选取河南某煤矿开展煤矿安全质量标准化建设评价，参照该煤矿安全质量标准化建设管理规定，同时结合我国2013年制定的《煤矿安全质量标准化基本要求及评分方法(试行)》，构建了煤矿安全质量标准化建设评价指标体系，将煤矿安全质量标准化建设评价指标体系分为6个二级评价指标，并依据可量化性、系统性、科学性和全面性的原则选取19个三级粗评价指标，详见图2。

3.2 问卷调查与分析

本文采用十分制的赋值方法设计调查问卷对该煤矿的矿工、技术管理人员及相关部门领导发放调查问卷，共发放问卷120份，回收86份，去掉回复不完整或回复不合理的问卷，实际回收问卷75份，回收有效率为0.625。同时，运用SPSS软件对调查问卷进行信度与效度检验，检验结果显示：Cronbach'sα值为0.913(大于0.7)，KMO抽样统计量为0.834(大于0.7)表明测量表具有较高的信度；Bartlett's球形检验值的显著性概率是0.000，表明测量表适合做因子分析，具有较高的效度。

3.3 马式田口方法优化与评价

3.3.1 选取正交表

正交表是一种用于筛选显著指标的试验设计表[10]，由于所选的粗指标为19个，故选正交表L20(219)，正交表中水平“1”、“2”代表选择和不选择该指标。本文运用Minitab对测量表进行分析，得到可行方案均值见表1。

表1 可行方案均值

3.3.2 构建基准空间

基准空间的构建是马氏田口方法完成评价、测量、分类及预测功能的基础[11]。基准空间作为计算马氏距离的参考，一旦被确定就不能更改。依据TOPSIS原理[12]，对煤矿安全质量标准化建设的评定最高分为10分，最低分为1分。基于田口正交表所给定的20种可行方案构建的基准空间为X1(10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10),X2(10,10,10,10,10,10,10,10,10),…,X20(10,10,10,10,10,10,10,10,10)。

3.3.3 优化测量表

由于开始确定的粗指标未经优化，且并非所有的指标都能准确评价、预测和诊断系统，有些指标非但没有影响甚至存在干扰，因此选择显著指标来降低多维系统的维度并缩短评价、诊断和预测的时间是相当必要的。对于正交表中每一行水平为“1”的指标构成的测量表，根据下式计算望大型信噪比：

(1)

式中：ηm为第m个方案的信噪比；di为第i个测量样本在每一行为“1”水平下，所求的n个样本数据的距离。

信噪比表示多维系统对样本的检验效果，望大型信噪比越大，表示对多维系统的检验效果越好。利用式(1)计算得到的可行方案信噪比见表2。

表2 可行方案的信噪比

根据下式计算出各指标的信噪比均值之差(见表3和图3)：

(2)

由表3和图3可知：指标C5、C9、C12、C14、C15、C16、C17、C18、C19的信噪比均值之差为负值或斜率较小，表明对测量表有干扰或影响较小，故剔除；指标C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C10、C11、C13的均值之差为正值或斜率较大，则为显著影响指标，据此即可建立优化后的测量表。排序靠前的指标是该煤矿企业后期安全质量标准化建设应加强的重点，须严格按照国家制定的法律法规及结合自身实际情况开展煤炭资源开发工作。

表3 各指标信噪比均值之差

3.3.4 评价与分析

马式田口方法最鲜明的特征在于测量[14]，并非分类，其通过组建一个连续的测量表，计算测量表偏离基准空间的程度，取值范围为(0，+∞)。在传统的多元统计方法中，通常采用二元质量损失函数来确定阈值，这样阈值的确定就需要考虑误判的损失和概率[15]。本文借鉴TOPSIS原理将测量样本的评定等级分为5级，即为{Si|Si∈S}，S={优秀，良好，中等，及格，不及格}。当样本均值为10时，即样本Y1=[9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5],样本到基准空间的马氏距离S1称为优秀阈值,测量样本到基准空间的马氏距离S∈(0,S1),判定该测量样本为优秀；当样本均值为8时，即样本

Y2=[8 8 8 8 8 8 8 8 8 8],样本到基准空间的马氏距离S2称为良好阈值，测量样本到基准空间的马氏距离S∈(S1,S2),判定该测量样本为良好；当样本均值为6时，即样本Y3=[6 6 6 6 6 6 6 6 6 6],样本到基准空间的马氏距离S3称为中等阈值，测量样本到基准空间的马氏距离S∈(S2，S3),判定该测量样本为中等；当样本均值为4时，即样本Y4=[4 4 4 4 4 4 4 4 4 4],样本到基准空间的马氏距离S4称为及格阈值，测量样本到基准空间的马氏距离S∈(S3,S4)，判定该测量样本为及格；当测量样本到基准空间的马氏距离S∈(S4,∞)，判定此测量样本为不合格。

马氏距离主要被用于计算测量样本到基准空间的距离[13]，本文采用协方差矩阵法计算马氏距离，其计算公式如下：

(3)

式中：S为测量样本到基准空间的马氏距离；n为多维系统的纬度；Y为样本矩阵；X为基准空间矩阵；C-1为优化后测量表的协方差矩阵；(Y-X)T为(Y-X)的转置矩阵。

通过计算可得：

Y-X=[-1.81 -2.21 -1.49 -2.21 -2.67 -2.43 -2.16 -2.12 -2.36 -2.59]

依据式(3)可计算得到测量样本到基准空间的马氏距离S=6.525 4。同理可得，S1=1.458 9，S2=5.835 5，S3=11.671 0，S4=17.506 5。因为S=6.525 4∈(S2,S3)，认为该测量样本属于中等级别，即该煤矿的安全质量标准化建设的级别为中等。但是，该矿井中的渗水及涌水现象是十分令人担忧的，企业应当及时掌握和了解矿井周围地面水源的信息，制定相应的防治水措施，尤其对经常积水的低洼地点应用硬物填充夯实或用抽水泵将水抽走。此外，该矿井下的空气质量也不尽人意，可吸入颗粒较多，这也是今后应当改善的重点。

4 结 论

通过对煤矿安全质量标准化的理解与分析，以及在总结前人研究成果的基础上，构建了针对河南某矿的煤矿安全质量标准化建设的评价指标体系，并利用马氏田口方法对粗指标进行了优化筛选，从19个粗指标中选择出10个显著影响指标，再利用优化后的评价指标体系对该煤矿的安全质量标准化建设进行了评价与分析，从而确定了该煤矿安全质量标准化建设的级别。改善煤矿安全形势与安全质量标准化建设是一项耗时且费力的巨大工程，需要社会、企业和员工的共同参与，才是可行之策。

[1] 欧阳新年.资源与环境约束下中国煤炭产业集约化发展研究[D].北京:中国地质大学(北京),2007.

[2] 李创起,景国勋,张永强.模糊评价方法在煤矿安全管理中的应用[J].安全与环境工程,2012,19(1):87-89.

[3] 袁晓翔,屈永利,许满贵,等.煤矿安全质量标准化建设原理[J].西安科技大学学报,2012,31(6):786-789.

[4] 韩亚娟.基于马氏田口的多元系统稳健性优化与诊断分析研究[D].天津：天津大学,2007.

[5] 韩亚娟.基于FDOD度量的多维系统优化中的强相关问题[J].工业工程,2013,16(5):79-84.

[6] 刘双跃,王娟,王丹.基于SPA的煤矿安全质量标准化考评深度分析[J].采矿与安全工程学报,2012,29(5):725-729.

[7] 徐德蜀.安全文化、安全科技与科学安全生产观[J].中国安全科学学报,2006,16(3):71-82.

[8] 张杰,苗金明,周心权,等.安全生产效益的分析评价及其与安全投入的关系[J].中国安全科学学报,2009,19(3):49-54.

[9] 李仲学,曹志国,赵怡晴.基于 Safety case 和 PDCA 的尾矿库安全保障体系[J].系统工程理论与实践,2010(5):936-944.

[10]Taguchi G,Juqulum R.TheMahalanobis-TaguchiStrategy:APatternTechnologySystem[M].New York,NY:John Wiley&Sons,Inc.,2002.

[11]陈湘来.关于马田系统若干问题的研究[D].南京：南京理工大学,2008.

[12]王占武,唐凯,严良.基于熵权TOPSIS法的火电厂选址综合决策[J].安全与环境工程,2011,18(5):103-106.

[13]Coney E A,Ragsdell K M,Paryani K.Applying the Mahalanobis-Taguchi system to vehicle ride[J].JournalofIndustrialandSystemsEngineering,2007,1(3):251-259.

[14]宋立斌.基于马氏田口方法的产品关键质量特性识别研究[D].天津：天津大学,2010.

[15]Mahalakshmi P,Ganesan K.Mahalanobis Taguchi system based criteria selection for shrimp aquaculture development[J].Computers&ElectronicsinAgriculture,2009,65(2):192-197.

Evaluation on the Construction of Safety Quality Standardization of Coal Mine Based on Mahalanobis-Taguchi Method

ZHOU Jing,REN Haibing,WAN Meng,FAN Kunkun

(SchoolofMines,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

In order to effectively choose the significant indexes that affect the construction of the safety quality standardization of coal mine，this paper takes a coal mining enterprise in Henan province as an example,proposes the evaluation system of the construction of coal mine safety quality standardization,applies the Mahalanobis-Taguchi to selecting the influenced index,and then uses the optimized measurement table to analyze and evaluate the construction of the safety quality standardization of coal mine.The study provides a new perspective for the research and evaluation of coal mine safety quality standardization.

Mahalanobis-Taguchi method;coal mine;safety quality standardization;evaluation

1671-1556(2015)04-0119-04

2015-01-26

2015-06-16

国家自然科学基金项目(71173216、71271206)

周 晶(1991—)，男，硕士研究生，主要研究方向为矿业系统工程与安全管理。E-mail:jimchoux@163.com

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10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.04.021