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基于可拓優(yōu)度的礦井火災安全評價方法

文檔作者：杜振宇楊勝強王軍李佳乃文檔來源： 1．中國礦業(yè)大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室 2．中國礦業(yè)大學安全工程學院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月23日
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第40卷第1期
2013年2月
礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．1
Feb．2013
杜振宇，楊勝強，王軍，等．基于可拓優(yōu)度的礦井火災安全評價方法[J]．礦業(yè)安全與環(huán)保，2013，40(1)：107-110
文章編號：1008—4495(2013)01-0107—04
基于可拓優(yōu)度的礦井火災安全評價方法
杜振宇 ，楊勝強 ，王 軍 ，李佳乃。
(1．中國礦業(yè)大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇徐州221116；
2．中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇徐州221116；3．中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全學院，北京100083)
摘要：礦井火災是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災害之一，影響因素眾多，影響過程也極其復雜。在結
合煤礦實際與前人研究成果的基礎上，提出了評價指標并劃分了礦井火災危險等級，根據(jù)物元和可拓理
論建立了礦井火災安全評價的可拓優(yōu)度評價模型。以云南省某礦為例，對可拓優(yōu)度評價法的可行性進
行了驗證，評價結果準確地反映出礦井火災危險性。根據(jù)評價結果采取相應的防滅火措施，為指導煤礦
安全、高效生產(chǎn)奠定了重要的基礎。
關鍵詞：可拓優(yōu)度；煤礦；火災；物元模型
中圖分類號-TD712；X936 文獻標志碼：A 網(wǎng)絡出版時間：2013—01—09 17：09
網(wǎng)絡出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20130109．1709．019．html
Safety Evaluation Method for Mine Fire Based on Extension Superiority
DU Zhenyu ，YANG Shengqiang ， ⅣG Jun ，LI Jianai
(J．State Key Laboratory ofCoal Resources and Safe Mining，China Uaivemity ofMining and Technology，Xuzhou 221116，China；
2．School ofSafety Engineering，China University ofMining and Technology，Xuzhou 221116，China；
3．School ofResources and Safety Engineering，China University ofMining and Technology (Beijing)，＆ 100083，China)
Abstract：The mine fire is one of the major disasters that threat to safe production in coal mines，and many influencing
factors are accompanied by extremely complicated infl uencing process．Based on the actual situation of the mine and the previous
research achievements，the evaluation indicators were proposed and the risk level of the mine fire was divided，and an extension
superiority evaluation model for safety evaluation of mine fires was established according to the matter-element and extension
theory．The feasibility verification of the extension superiority evaluation method was carried out in a mine in Yunnan Province，
and the evaluation results accurately reflected the fire hazard in this mine．Based on the evaluation results，corresponding fire
prevention measures can be taken SO as to lay an important foundation for guiding safe and eficient production in coal mines．
Key words：extension superiority；coal mine；fire disaster；matter-element model
礦井火災是指發(fā)生在煤礦井下或地面井口附
近、威脅礦井安全高效生產(chǎn)、造成災害的一切非控
制燃燒，是煤礦生產(chǎn)中的主要自然災害之一? 。礦
收稿日期：2012-08—19；2012—11—16修訂
基金項目：國家重點實驗室自主課題(SKLCRSM11X01)；國
家自然科學基金重點項目(50834005)；國家自然科學基金項目
(51174198)
作者簡介：杜振宇(1987一)，男，江蘇泗洪人，在讀碩士研究
生，研究方向為礦井安全、安全管理。E-mail：625(~904@qq．
corn
井火災一旦發(fā)生，輕則影響礦井安全生產(chǎn)，重則燒
毀物資設備和煤炭資源，造成人員傷亡，甚至還會
誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸，進一步擴大其災難性。我國
每年都有多起礦井火災事故發(fā)生，給煤礦帶來了巨
大的損失。
當前用于礦井火災危險性評價的方法多種多
樣，有定量的，也有定性的，如層次分析法、未確知集
分析法、集對分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡評價法、灰色關聯(lián)分
析法、事件樹分析法、事故樹分析法、全動態(tài)評價法、
模糊數(shù)學分析法、支持向量機法等。如何選取評價
· 】O7 ·
Vo1．40 No．1
Feb．2013
礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
第40卷第1期
2013年2月
指標以及評價方法，是對礦井火災危險狀況進行科
學全面評價的基礎和關鍵 ，在此引入了可拓優(yōu)度
評價法來對礦井火災危險性進行系統(tǒng)的評價。
1 可拓優(yōu)度評價法基本原理
可拓優(yōu)度評價法是可拓學中評價一個對象，包
括事物、策略、方法等優(yōu)劣的基本方法 J?？赏貙W
首次提出了物元的概念，令R=(事物，特征，量值)=
(z，c， )，可以確切地反映事物與數(shù)量之間的關系，
明確地表示出客觀事物的變化過程。該方法首先根
據(jù)煤礦發(fā)生火災的危險等級及其評價指標，建立與
之對應的經(jīng)典域物元和節(jié)域來描述各危險等級與評
價指標的模型，然后確定待評價特征與各危險等級
之間的關聯(lián)函數(shù)以及各評價特征的權系數(shù)，進而得
出待評價特征與各危險等級的優(yōu)度，通過比較優(yōu)度
的大小判斷出煤礦發(fā)生火災的危險等級，可更好地
指導煤礦安全生產(chǎn)。
2 可拓優(yōu)度評價模型
2．1 評價指標及基本模型
2．1．1 評價指標
評價一個對象的優(yōu)劣，首先要規(guī)定評價指標，優(yōu)
劣是針對一定的標準而言的，不同的評價準則會有
不同的評價結果。所以，評價一個對象的優(yōu)劣必須
反映出利弊的程度以及彼此可能的變化情況，這就
要求選取評價指標時要考慮評價的目的性、全面性、
可行性以及穩(wěn)定性。
令評價指標SI={Js， ，s，2，?，．sL}，其中SIi=
(c ， )是特征元，c 是評價特征， 是數(shù)量化的量值
域， =(0 ，bi)，i=1，2，? ，n。
2．1．2 確定經(jīng)典域及節(jié)域
令Rj=( ，C， )=
(。1 ，b )
(02『，b2『)
(0 ，b )
●
：
式中： =1，2，?，m； 表示所劃分的 個危險等級；
， ，
?
， 分別為zJ關于評價特征c ，c：，?，c 所
規(guī)定的量值范圍，即經(jīng)典域，且 =(0 ，6 )。
為了應用和研究的便利，設R。，R ，? ，尺 為m
· 108·
個同征物元，即可建立m個同征物元尺 ，R。，?，R
的同征物元體，構成同征物元陣 。
為了表示評價特征c ，c ，?，C 的取值范圍，引
入節(jié)域的概念，即：
Rp=(P，C， )=
P 。1 l。
C2
： ：
● ●
C
(口lp，b1P)
(。2p，b2P)
(口印，b印)
式中：P為火災危險等級的全體； 表示P關于c 所
取的量值范圍。
2．1．3 確定待評價物元
設待評價對象為t9 ，針對評價指標，把所檢測
得到的各項數(shù)據(jù)或分析結果用物元 表示，稱為待
評價物元。 的表達式如下：
Ro=(P0，C， )=
式中：P。表示火災危險等級； 為Pn關于評價特征
c 的量值，即待評價煤礦中各評價特征檢測所得到
的具體數(shù)值。
2．2 確定權系數(shù)
各評價指標S， ，|s，2，? ，S， 對評價對象的重要
性是不同的，需要用權系數(shù)來表示各評價指標對于
評價對象的重要性程度。對于必須滿足的指標，用
指數(shù)以來表示，對于其他評價指標，則根據(jù)重要程度
分別賦予[0，1]的值。權系數(shù)記為A=(A。，A：，?，
A )，其中，若A =以，則ΣA =1。如果存在必須滿
k = l
≠ iO
足的指標未達標，則該煤礦的火災危險性極其嚴重，
應立即采取相應的防滅火措施，否則隨時有可能發(fā)
生礦井火災。在此討論的是除了必須滿足的指標之
外，其他評價指標對礦井火災的影響。
權系數(shù)的大小對于優(yōu)度的高低有著舉足輕重的
影響，不同的權系數(shù)會得出不同的結論，由此引起被
評價對象優(yōu)劣順序改變。為了盡量合理地確定權系
數(shù)，采用層次分析法來確定評價特征的相對重要性
次序，進而確定權系數(shù)。
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MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．1
Feb．2O13
一【p( ， v,p )一P ( ， ) Vi
式中p(v ， )= 一(％ +bij)／2 (b 一0 )／2；
p( ， )= 一(0 +b )／2 l_(b 一(：tip)／2
(2)
2．5 計算優(yōu)度及評價
優(yōu)度是反映待評價對象對于不同危險等級的接
近程度，待評價對象P。對于 的優(yōu)度可以由下式計
算，即：
c(zi)：ΣAik
i=1
(3)
c(z )為待評價對象各評價特征關于各火災危
險等級的優(yōu)度在考慮評價特征重要程度情況下的組
合值，表示評價對象P。屬于火災危險等級z 的程
度。若c(z0)=max{c(z ( =1，2，? ，m)，則對
象 為較優(yōu)，即評定待評價對象屬于火災危險等
級 。
3 可拓優(yōu)度評價的實際應用
3．1 評價指標選擇及火災等級劃分
通過分析礦井火災的特點和發(fā)生條件，結合國
內(nèi)外現(xiàn)有礦井火災評價指標體系 J，并考慮評價方
法的通用性以及云南省某一煤礦的實際情況，提出
了礦井火災評價指標，即SI={煤層地質(zhì)賦存條件
s， ，煤層開采技術條件S，2，煤層自燃傾向性s ，通
風系統(tǒng)條件5厶，存在明火5 ，電氣設備起火5厶，救
災系統(tǒng)5，7，礦山管理水平S ，其他原因5，q}。根據(jù)
云南省煤監(jiān)局的相關文件要求和該礦區(qū)火災防治經(jīng)
驗，由各單因素評價特征將礦井火災危險性分為
5個等級，即I級安全z 、Ⅱ級較安全z 、Ⅲ級一般
、Ⅳ 級較危險z 、V級危險Z ，如表1所示。
表l 礦井火災危險分級
3．2 可拓優(yōu)度評價模型建立
根據(jù)礦井火災安全檢查表的評分標準，計算出
該煤礦的各項評價特征的分數(shù)，如表2所示。
表2 評價特征得分
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C， C8 C9
根據(jù)礦井火災危險性等級劃分，建立物元經(jīng)
典域：I級R 、1I級R2、IU級R3、1V級R 、V 級
R ，并組成同征物元體R以及節(jié)域R。與待評價物
元R0：
叫【 Z 3 Z 5J] =
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MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
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z z
C1 (90，100)
c2 (90，100)
c3 (90，100)
c (90，100)
C5 (90，100)
c6 (90，100)
C， (90，100)
C8 (90，100)
c。(90，100)
Z
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
Rp=(P，C， )：
R0=(Po，C， )=
Z1
(7O，80)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
(70，8O)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
P Cl
C，
C
Cd
C
C6
C，
C8
C9
Po Cl
z
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(60，7O)
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(印，70)
(O，100)一
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)．
77q
C， 86
C 65
C4 82
c 9l
6 73
C， 8l
。8 74
C9 85
3．3 評價結果及分析
采用層次分析法確定出各個評價特征對于礦井
火災危險的權系數(shù)，即A =0．014，A：=0．011，A3=
0．054，A4=0．096，A5=0．124，A6： 0．225，A7=
0．233，A =0．227，A =0．016。由各評價特征的權
系數(shù)大小可以看出：存在明火．s 、電氣設備起火
|s 、救災系統(tǒng)S 、礦山管理水平5， 所占的權重較
大，而存在明火和電氣設備起火又是外因火災的主
要原因，救災系統(tǒng)與礦山管理水平又是影響礦井火
災管理和救災系統(tǒng)的因素，所以導致礦井火災的主
要原因都與人的因素有關。將待評價特征的分數(shù)值
(見表2)代人式(1)一(2)，得出每個火災危險等級
的關聯(lián)度及規(guī)范關聯(lián)度，最后按式(3)計算出各個火
災危險等級的優(yōu)度。將各個火災危險等級的優(yōu)度進
行比較，優(yōu)度最大的火災危險等級即為待評價煤礦
的火災危險等級。計算結果如表3所示。
由表3可以看出，C(Z )=一0．718，C(Z：)=
一0．128，C( )=0．107，C(Z4)=一0．362，C(Z5)=
一0．585，所以c(zn)=max{C(z =c(Z3)=
0．107，即礦井火災危險等級屬于Ⅲ級一般，在生產(chǎn)
過程中應采取相關措施，以防火災事故的發(fā)生。
4 結束語
將可拓優(yōu)度評價法應用于影響因素較多的礦井
火災評價中，確定了礦井火災評價的經(jīng)典域、節(jié)域以
及關聯(lián)度、優(yōu)度的計算方法，將多指標的評價歸結為
單目標決策，并給出了定量的數(shù)值評價結果，可以較
好地解決礦井火災評價中評價指標模糊、復雜的問
題，優(yōu)度的值有正有負，反映了礦井火災危險程度與
實際設計要求的吻合程度，具有實踐意義。以云南
省某礦為實例，驗證了可拓優(yōu)度評價法在礦井火災
表3 優(yōu)度評價結果
· 110·
(下轉第114頁)
、 、， 、， 、 、， 、， 、 、 、
．
{三； ∞ {三； {三； {三； {三； ∞ {三} {三；
．
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礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY&amp;amp; ENVIR0NMENTAL PROTECT10N
第40卷第1期
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／0．278 0．341 0．262 0．073 0．046)
R=l 0．360 0．363 0．195 0．082 0．000 l
10．396 0．335 0．213 0．037 0．019 J
B= ·R一=fo．371 0．343 0．215 0．053
果，V

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