基于AHP-SCA-模糊综合评价法的露天矿安全评价应用研究

陈光伸，胡 辉，胡 涛，唐 睿

(1.云南水利水电职业学院，昆明 650499；2.云南安宁化工厂有限公司，昆明 650301)

安全评价是对系统中影响安全的各种因素进行定性和定量的分析，然后将分析的结果与评价标准相比较，评价该系统的危险程度，最后针对系统中存在的问题提出改进措施[1]。露天矿作为一个生产系统，由多个子系统组成，子系统中存在着许多不稳定、模糊不清的危险因素，影响着矿山的生产进度，威胁着工人的生命健康和矿山经济效益。因此，对露天矿山进行安全评价十分必要。通过对露天矿的安全评价，可以将矿山的整体危险性直接呈现出来，有助于管理者、劳动者更加清晰的了解哪些危险因素对矿山安全的危险较大，并提前做好防范措施，降低事故发生的几率和事故发生后造成的损失，保证矿山的安全生产。

目前，安全评价按照评价指标的量化程度可以分为，定性评价、定量评价以及定性与定量相结合的评价方法[2]。定性评价主要是通过评价者根据相关的经验(理论)知识分析评价对象的状态、表现以及其他相关资料，得出非数量化的评判结果[3]。定性评价比较容易操作且能较快得出评价结果，但太过依靠评价人员的经验知识储备，主观性太强，容易造成不同的评价人员得出相差很大的评价结果。定量评价是用数学的方法，收集、统计和分析处理评价对象的数据资料，建立数学模型并计算，最后用得出的数值来表示评价对象的状态。与定性评价相比，定量评价的方法更加客观、精准，更为科学合理，但在实际的分析评价过程中也会出现问题，有些因素难以准确的用一个数值来确定，如果勉强用一个数字来表示的话，也会对评价结果的准确性造成影响。只有将定性评价与定量评价结合，互相补充，才能获得更加科学、严谨、符合实际的评价结果。

1 安全综合评价

本文采用的AHP-SCA-模糊综合评价法是一种定性与定量结合的安全评价方法。运用层次分析法的原理构建影响露天矿安全生产的安全评价指标体系模型，计算各级指标的权重，然后运用模糊数学理论构建数学模型，根据模型中的各项评价指标制作安全检查表，最后根据检查结果确定各项指标的隶属度，计算出矿山安全等级的量化值。

1.1 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是一种多目标层次的、定性与定量相结合的决策分析方法[4-6]。层次分析法主要是解决复杂且有多目标决策的系统决策问题，将系统内的多个影响因素，根据性质及其之间的内在联系，建立递进式的层次机构模型。然后，运用由SAATY提出的1-9标度法将同一层次的的因素两两进行比较，得到判断矩阵，经计算求出被比较因素的相对权重。1-9标度表如表1所示。

表1 1-9标度表

1.2 安全检查表

安全检查表法(Safety Checklist Analysis，简称SCA)是一种分析和辨识系统危险性的定性分析方法[7-8]。安全检查表的制定首先要对检查对象进行详细的调查分析，判断出能够影响系统安全的各种因素，然后根据有关规定和要求将确定的因素作为检查项目，制作安全检查表。其实，制作安全检查表的过程就是对系统进行安全分析的过程。

1.3 模糊综合评价

在一个系统中，普遍存在一些难以用某一个确切的数值去衡量对系统影响大小的因素，此时，就需要用模糊数学的方法，将模糊的信息进行量化，进而对多个因素进行定量评价就是模糊评价[9-11]。模糊综合评价就是以单因素模糊评价为基础，综合分析各个因素对系统的作用，然后得出正确的评价结果。

2 模糊综合评价法在某露天矿的应用

2.1 构建安全评价指标体系模型

某露天矿采场的矿体出露地表，矿山为山坡露天型，分台阶、机械钻孔、中深孔爆破、机械铲装的采矿工艺进行开采，开采顺序自上而下、由外向里推进。矿体岩性主要为片岩夹大理岩、矽卡岩和片岩，岩石硬度不大，普氏系数f为3～5，局部区域到6。三种岩性的节理、裂隙和片理极发育，岩层完整性差，较为破碎。区域内地质构造在形成的过程中，产生了一系列的复式背斜轴的波状褶曲及纵向断裂，地质构造复杂。气候干湿季节分明，雨季雨量充沛，旱季降水较少。

根据该露天矿的生产实际以及层次分析的原理，确定了地质条件、人员状况、现场生产状况和安全管理四种因素作为评价该矿山安全性的主要依据。四种因素中，每一种又包含了许多个单因素，具体内容如图1中的安全评价指标体系模型所示。

图1 露天矿安全评价指标体系模型Fig.1 Safety evaluation index system model of the open-pit mine

2.2 构造评判集

根据露天矿安全性的优劣及以往的经验，将矿山的安全性评价结果分为5级(好、比较好、一般、较差、差)，并对各个等级加以量化，则量化值集合为T=[95，85，75，65，0]，如表2所示。

表2 安全性评价等级

2.3 构造隶属度评判矩阵

本文是将层次分析法构建的模型中的子因素，作为检查对象，制作成安全检查表。由3位安全技术员、3位安全管理员以及4位外单位同行组成检查组对矿山实际情况进行检查，然后根据检查结果，确定各子因素的安全性等级，汇总后得到的结果如表3所示。

表3 露天矿安全检查表

根据安全检查表的结果，构造隶属度评判集如下：

2.4 确定指标体系权重

根据层次分析法原理，在图1建立的露天矿安全评价指标体系模型基础上，对影响该矿山安全的地质条件、人员状况、现场生产状况和安全管理四种因素运用1-9标度法两两进行比较，得到如表4所示的判断矩阵表。

表4 S-Si判断矩阵表

其中，i表示第i个因素。

根据MATLAB2016a软件构造判断矩阵求得最大特征根λmax=4.051 1，以及相对应的归一化特征向量W=(0.072 9，0.284 4，0.169 9，0.472 9)。

由于分析对象的复杂性以及人们认识的局限性，在做两两比较时没有一个确定的参考标准，容易造成比较结果出现矛盾。为了避免这种矛盾的出现，保证评判结果符合实际情况，需要对判断矩阵进行一致性检验。

表5 随机一致性指标RI的值

检验矩阵的一致性(查表5得：当n=4时，RI=0.89)。

则检验指标CR<0.1，结论符合实际情况。

同理，可以得到各个子因素的判断矩阵表，如表6～9所示。

表6 S1-S1j的判断矩阵表

表7 S2-S2j的判断矩阵表

表8 S3-S3j的判断矩阵表

表9 S4-S4j的判断矩阵表

其中，j表示第j个子因素。

根据表6～9得到的各子因素两两比较的结果，可以得到：

1)最大特征根λ1max=3.009 2，以及相对的归一化特征向量W1=(0.539 6，0.297 0，0.163 4)。CI=0.004 6，CR=0.007 9<0.1，符合。

2)最大特征根λ2 max=5.097 5，以及相对应的归一化特征向量W2=(0.1291，0.444 8，0.081 0，0.292 3，0.052 8)。

CI=0.024 4，CR=0.021 8<0.1，符合。

3)最大特征根λ3 max=5.046 3，以及相对应的归一化特征向量W3=(0.090 7，0.255 8，439 9，0.058 0，0.155 6)。

CI=0.011 6，CR=0.010 3<0.1，符合。

4)最大特征根λ4 max=5.121 2，以及相对应的归一化特征向量W4=(0.118 0，0.236 4，0.419 8，0.148 8，0.077 0)。

CI=0.030 3，CR=0.027 1<0.1，符合。

即各因素的权重集为：

W=(0.072 9，0.284 4，0.169 9，0.472 9)；

W1=(0.539 6，0.297 0，0.163 4)；

W2=(0.129 1，0.444 8，0.081 0，0.292 3，0.052 8)；

W3=(0.090 7，0.255 8，0.439 9，0.058 0，0.155 6)；

W4=(0.118 0，0.236 4，0.419 8，0.148 8，0.077 0)。

2.5 子因素的模糊综合评价

根据得到的该露天矿各子因素的隶属度评判级和与其对应的权重集，计算可得各子因素的评价集：

1)地质条件：Q1=W1×P1=(0.103 0，0.270 3，0.429 7，0.113 4，0.083 7)；

2)人员状况：Q2=W2×P2=(0.207 6，0.415 3，0.247 9，0.129 2，0)；

3)现场生产状况：Q3=W3×P3=(0.300 7，0.427 5，0.215 8，0.050 2，0.005 8)；

4)安全管理：Q4=W4×P4=(0.346 6，0.322 6，0.211 8，0.107 2，0.011 8)。

定量计算各子因素的评价结果，可得：

1)地质条件：O1=T×Q1=72.359 0，安全性一般；

2)人员状况：O2=T×Q2=82.013 0，安全性较好；

3)现场生产状况：O3=T×Q3=84.352 0，安全性较好；

4)安全管理：O4=T×Q4=83.201 0，安全性较好。

2.6 露天矿总体的模糊综合评价结果

计算得到该露天矿总体安全性的评价集：

Q=W×P=(0.281 5，0.363 0，0.238 7，0.104 2，0.012 7)

经量化得：O=T×Q=82.273 0，安全性较好。

根据计算得到的评价结果的量化值，可以看出该露天矿总体的安全性较好，表明该矿山符合日常生产的安全标准。但地质方面的安全量化值只有72.359 0，安全性等级只属于一般水平，很可能因为地质方面的原因导致安全事故的发生。另外，人员状况、现场生产状况和安全管理状况三个方面的安全性虽然都属于较好的级别，但都有进一步提升的空间，仍需要继续加强这三方面的工作，使矿山的安全性得到进一步的加强。

3 结论

1)本文从地质条件、人员状况、现场生产状况和安全管理四个方面对露天矿安全性进行了分析研究，并运用层次分析法和模糊综合评价法构建了露天矿安全评价指标体系模型。

2)以某露天矿作为安全评价对象，经过综合评价分析得出，总体安全性量化值为82.273 0，安全评价等级为较好，表明该矿现在的安全生产状况良好，符合日常安全生产的基本标准。地质条件、人员状况、现场生产状况、安全管理四种因素的量化值依次为72.359 0、82.013 0、84.352 0、83.201 0，由此可以看出，在矿山地质方面需要重点注意，加强地质调查研究，做好日常的危险预防工作，防止事故的发生，在其他三个方面也还有进一步提升的空间，也还需要继续加强工作力度。