基于熵-测度量化的煤矿应急救援能力评价

陈锦瑞

(延长石油集团魏墙煤业有限公司，陕西 榆林 719100)

0 引言

煤矿开采属于高风险作业，生产条件差且发生事故的危险源较多。矿井一旦发生事故，应急救援能力的强度就决定了救援的成效，因此需要提前对煤矿应急救援能力做出评价，了解煤矿企业现有的应急救援能力实际水平，发现不足并及时改进。近些年，我国许多专家学者在煤矿应急救援能力评价方面进行了研究，并提出了相应的评价方法，主要有李叔保等[1]应用层次分析法对煤矿应急能力评价研究，侯金玲[2]应用灰色—模糊综合法对煤矿应急救援能力进行评价研究，李树刚等[3]应用ANP-BP方法对煤矿应急能力进行了评价，王春光等[4]利用可拓学理论对煤矿应急救援能力进行了评价。然而，应用上述方法进行煤矿应急救援能力评价时，权重的计算受主观因素影响较大，且不能综合考虑一些评价因素的不确定性和隐蔽性，造成评价结果与实际情况可能不相符合。基于此，引入信息熵与未确知测度理论对煤矿应急救援能力进行研究。

信息熵理论是美国数学家香农为解决信息的度量问题提出的概念，利用信息熵确定权重可以充分利用客观数据所提供的信息来确定权重，较好地消除人为因素带来的偏差[5-7]。未确知测度理论由我国学者王光远[8]在1990年提出，它的特点是可以很好地解决评价中诸多因素的不确定性信息，还可以对其进行定量分析。因此将二者相耦合利用，既避免了确定权重的主观偏向性，又可定量去分析不确定性因素，使评价结果更为客观与实际情况更吻合。目前，熵-测度模型被成功应用到不同领域的风险评价和应急能力评价中[9-12]。所以将耦合模型应用到煤矿应急救援能力评价中是一种较为理想和实用的评价方法。

1 煤矿应急救援能力评价体系及等级划分

根据煤矿应急救援能力的含义和综合考虑应急救援能力的各影响因素，以国家安全法规为基准并按照科学性原则、系统性原则、可量化原则、可行性原则构建煤矿应急救援能力评价指标体系。将煤矿应急救援能力总体分为危险源检测能力、应急准备能力、应急救援执行能力和事后恢复能力4类，再从4类指标中选取19个指标作为评价因子，如图1所示。

图1 煤矿应急救援能力评价指标体系

根据煤矿应急救援能力评价指标等级划分标准，将每个评价指标划分为5个等级，即为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级，分别表示煤矿应急救援能力好、较好、一般、较差、差。根据《煤矿安全生产法》《安全评价》和《国家安全生产事故灾难应急救援预案》等文献，以及根据煤矿现状及相关专家建议，对每一级都确定了一个评分标准，见表1(Xi代表煤矿应急能力各评价指标)。

表1 煤矿应急救援能力评价指标分级标准

2 煤矿应急救援能力熵-测度模型的构建

将煤矿应急救援能力评价空间记为X，各应急能力评价因素分别用x1,x2,…,xn表示，则X=(x1,x2,…,xn)。而每个评价的因素xi具有n个评价指标f1,f2,…,fm即F={f1,f2,…,fm}，用xij表示第i个评价因素xi关于第j个指标fj的测量值。对每个评价指标都有l个评价等级c1,c2,…,cg评价空间记为U则U={c1,c2,…,cg}，设第ck为第k级的评价等级，且k级比k+1级强，记为ck>ck+1(k=1,2,…,g)，那么，U={c1,c2,…,cg}就是评价空间U上的一个有序分割类。

2.1 单指标测度评价矩阵

设应急能力评价因素xi关于评价指标In在评价等级ck处的程度为uijk，记uijk=u，其中是指标对评价等级的测量结果，是一种uijk可能性测度，要求它符合

0≤u(xij∈ck)≤1

(1)

u(xi∈U)=1

(2)

(3)

其中，式(1)称为“非负有界性”，式(2)称为“归一性”，式(3)称为“可加性评”。满足以上各式的u为未确知测度。评价因素xi的单指标未确知测度矩阵为

(4)

2.2 信息熵确定指标的权重

(5)

(6)

由于单指标测度评价矩阵已知，因此可以通过(5)式和(6)式求得权重wj。

2.3 多指标综合测度评价向量

若uik=u(X∈ck)评价因素xi属于第k等级的程度，则有

(7)

2.4 置信度识别准则

为了确定煤矿应急救援能力的最后评价结果，引入置信度识别准则：设λ为置信度(λ≥0.5，通常取0.6或0.7)，如果c1>c2…>cg，且令

(8)

则认为此煤矿应急救援能力属于第k0个评价等级ck0。

3 应用实例

以魏墙煤矿为例，该矿为了验证事故应急预案的合理性和提高煤矿应急救援能力，每半年组织一次应急演练。并在演练期间邀请事故应急救援方面的专家，分工对演练的每个程序进行考核评价，综合考核结果给出煤矿应急救援能力等级，从而发现矿井在应急救援过程中所存在的问题及时进行改进。选取最近一次应急演练进行评价，各项评价指标的专家赋值结果，见表2。

表2 应急救援能力评价指标赋值

3.1 构造单指标测度函数

根据单指标测度函数的定义和煤矿应急救援能力评价指标分级标准(表1)，构建煤矿应急救援能力评价指标的单指标测度函数。所确定的测度函数如图2所示。

图2 各指标测度函数

3.2 计算多指标综合测度评价向量

将表2中各指标的评价赋值代入单指标测度函数(图2)中，计算煤矿应救援能力评价的单指标评价矩阵，得到的评价矩阵如下

(9)

应用熵理论(5)和(6)式确定魏墙煤矿的应急救援能力体系的各个评价指标的权重，所确定的评价指标权重为(w1,w2…w19)=(0.064 289 7，0.036 601 6，0.036 601 6，0.036 016，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6，0.036 601 6，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6，0.064 289 7，0.064 289 7，0.064 289 7，0.036 601 6)。然后根据多指标综合测度评价向量式(7)和单指标评价矩阵(9)确定二墩煤矿应急救援能力体系的多指标综合测度评价向量为u={0.412 952 5，0.449 554 1，0.119 192 1，0.018 300 8，0}。

3.3 置信度识别

由于评价等级{c1,c2,…,cg}的有序性，建立置信度准则，取置信度λ=0.7，根据(8)式可得k0=min|0.412 952 5+0.449 554 1=0.862 250 66>0.7|。所以，由上式可以判断魏墙煤矿应急救援能力等级属于Ⅱ级，即该煤矿的应急救援能力较好。应用熵-测度模型所确定的评价等级与专家组对此次应急演练所给出的综合结果相符，与该矿的实际情况相吻合。

4 结论

(1)通过对煤矿应急救援因素的分析和现场实际调研，以国家安全法规为基准并依据科学性原则、系统性原则、可量化原则、可行性原则建立了煤矿应急救援能力评价指标体系。

(2)引入未确知测度理论，构建煤矿应急救援能力的评价模型，利用信息熵理论确定各项指标的权重，应用置信度识别准则进行评价等级判定。

(3)将评价模型应用于陕北魏墙煤矿，结果表明，该煤矿的应急能力较好，与实际情况相吻合。所构建的评价模型为煤矿应急救援能力研究提供了一种新的思路，可以为煤矿事故的预防及应急救援能力的提升方面提供科学合理的决策支持。