理学论文：基于模糊数学的煤矿掘进系统安全评价

 0 引言

　　近年来，在煤矿挖掘过程中，经常出现的重大事故。我国煤矿事故的死亡人数是全球主要产煤国家死亡人数的四倍以上[1]。在2001年时，我国百万吨死亡率就远远高于其他国家，煤矿的综合安全指数也高达460，是美国的两百倍。据统计，我国煤矿事故自2008年起到2012年，每年的死亡人数都在两万六千人以上，近六年发生事故的总量已经尝过了一万六千次，死亡的人数超过两万六千次，仅2012年就出现重大事故11次，死亡人数约为一千三百人。从整体情况来看，近年来我国煤矿安全生产的趋势已经在逐渐好转，2010年煤矿百万吨的死亡率下降致0.749，煤矿事故死亡人数下降至两千四百人，重大事故下降至二十四期，与2009年相比，分别下降百分之七十三、百分之五十九以及百分之五十八。目前，我国煤矿安全生产压力越来越大，而安全的生产地质条件呈现恶化趋势，此外，由于煤炭价格逐渐升高，一些煤矿企业为了得到更多的利益，忽略了生产安全，导致煤矿事故频繁发生。

　　1 煤矿安全风险评价的现状

　　在风险定义提出后，国内外才逐渐开始针对风险管理进行研究。1901年时，美国威利特博士在自己撰写的博士论文《风险与保险的经济理论》中，提出了风险的定义[2]。国内外学者将风险研究与多门学科相结合，煤矿安全风险管理才逐渐成为风险管理中的一个分支。国外对于安全风险管理的研究较早，研究成果较为丰富。在二十世纪五十年代至六十年代，风险管理作为一门较为系统的管理学在美国兴起，并逐渐成为全球范围的学科。我国对于风险研究的起步较晚，风险管理理论在八十年代中后期才逐步进入国内。目前，对于煤矿安全风险管理研究通常可分为两方面，首先是对于安全管理理论的研究，其次是对于煤矿安全评价技术的研究[3]。

　　第一、安全管理理论研究。近年来，对于安全风险管理理论的研究主要集中在安全事故理论以及本质安全理论等内用的研究中。在安全事故理论中，事故致因理论是目前工人的安全事故理论之一。

　　第二、安全评价技术的研究。为了有效的实现对于煤矿安全的评价研究，运用评价方式对煤矿安全进行研究的成果较多，可按照评价量化方式分为定性评价与定量评价两种。对于煤矿安全问题进行定性的评价研究，主要是由安全专家或者研究人员通过自身知识与经验进行主观判断的形式[4]。而定量的评价技术是按照数学模型法，按照数量化的指标与数据对煤矿安全问题进行分析。

　　2 煤矿安全评价指标的构建

　　第一、管理安全风险指标。管理失误理论认为，管理失误是导致事故发生的根本原因，想要有效的避免管理失误，就应当从安全管理风险入手，将风险消除。按照我国"十二五"规划对于安全管理的主要要求，可将管理安全风险指标分为以下几点：职业健康管理、安全教育培训、安全隐患管理、重大灾害管理以及安全投入情况等[5]。

　　第二、自然条件安全风险指标。自然条件安全风险指标通常包括安全生产能力、矿井水文地质条件以及瓦斯地质条件等。由于各个矿井的自然条件不同，存在不同的安全生产风险，一些不利的自然条件就很容易引发不同的事故，通过综合调查多项安全事故类型发现，水文、生产能力以及自燃等是较易发生的危险因素。

　　第三、环境安全风险指标。环境安全风险指标通常包括作业场所、温度、有害气体以及照明情况等。由于矿井下生产环境较为复杂，良好的生产环境能够有效的保障安全生产，防止安全事故的出现。

　　第四、人员安全风险指标。人员安全风险指标通常包括工作人员的不安全行为、文化素质、安全意识以及专业素质等[6]。通过对煤矿事故的研究发现，工作人员采取的不安全行为是引发煤矿事故主要原因，而人员素质从根本上决定了自身的不安全行为。

　　第五、设备安全风险指标。设备安全风险指标通常包括设备更新改造、引进设备的先进程度以及设备故障等。设备通常也被成为机械器具，是直接或者间接用于安全生产的工具，其安全条件直接关系到煤矿的生产安全。想要掌握设备安全风险指标，就应当掌握设备的整体情况，从设备的更新与改造、先进程度以及安全性等方面进行分析。

　　3 制定煤矿安全风险指标体系的原则

　　第一、可行性原则。无论是建立的定量指标还是定性的指标，都要求指标数据的采集流程清晰，操作简便，以此保证采集的指标数据真实可靠，具有一定的可操作性。

　　第二、适用性原则。在"十二五"的安全北京下，建立起适合煤矿企业的风险评价指标。按照目前整体煤炭行业的安全生产条件与工作环境，确保指标体系的时效性。应当围绕"十二五"的安全生产任务，为相关行业提供具有时效性的分析决策依据[7]。

　　第三、可量化原则。建立起指标体系的最终目的就是为了实现对于煤矿安全风险的定量化评价，评价指标的结果需要以定性描述，使用实现数量对度量进行描述，以此保证安全评价指标具有可量化性。

　　第四、系统性原则。煤矿的安全生产问题属于较为复杂的问题，需要借鉴现有学者制定的评价指标体系，进一步扩充并建立起包含所有影响因素的煤矿安全指标体系，以此保证指标的全面性。此外，还应当保证各个指标的特殊性与独立性，保证各个指标之间的相互关系，例如因果逻辑以及层次结构等，以此保证指标体系具有一定的系统性。

　　第五、科学性原则。尊重评价指标客观存在的科学性，按照我国的相关管理规定，通过合理的方法，确定指标本质以及形成安全生产风险的因素，给出合理的定义，为有效的实现安全评价提供一定的保障。

　　4 建立评价指标系统 　　以煤矿企业所有掘进队为单位，建立起安全评价集合S，不同掘进队为S中的各个元素，可由S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8表示，即S={S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8}={掘进一队，掘进二队，……，综掘四队}。结合煤矿的实际情况以及我国制定的《安全评价通则》中的标准，选取十个标准，主要包括作业规程编制、爆破管理、作业地点的综合防尘、设备管理、局部通风、顶板的管理、临时轨道与运输设备、掘进的安全措施、施工图版以及巷道卫生。将每个掘进队作为评价的对象，集合设置为N，分别对每个评价对象的十个指标进行评价，即N={N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10}={作业规程编制、爆破管理、作业地点的综合防尘、设备管理、局部通风、顶板的管理、临时轨道与运输设备、掘进的安全措施、施工图版以及巷道卫生}。

　　5 建立掘进系统的模糊综合评价模型

　　综合模糊数学，在评价项目与每个队伍的得分之间建立起模糊的映射：

　　Q=P（S，N）， （1）

　　在公式中，S为评价集，N为评价对象的指标集，

　　A=BP（a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8）， （2）

　　在公式中，B代表各个评价指标的权重；aj为评价系数（j=1，2，3，4，5，6，7，8）。将评价指标体系带入公式（1）中可得出：

　　因此模糊矩阵P为：

　　按照我国《掘进安全生产标准以及评分表》，结合煤矿自身的情况，将各项评价指标中的权重B取值为：B=（0.10，0.12，0.07，0.12，0.06，0.05，0.14，0.08 ，0.12，0.14）。将此项结果代入公式（2）中，即可计算出煤矿在2010年三月至八月掘进系统中各个掘进队的安全生产成绩：A=（1.515，1.4213，1.3674， 1.41324，1.32354，1.3913，1.374，1.44186）。

　　6 模糊综合评价结果分析与相应的改进措施

　　按照上述评价结果可知，掘进一队在作业规程编制、爆破管理、作业地点的综合防尘、设备管理、局部通风、顶板的管理、临时轨道与运输设备、掘进的安全措施等方面得分最高，综合机械二队得分较低，需要在今后的工作中加强安全方面的建设。

　　第一、使用科学方法提高煤矿掘进工作的效率。掘进技术属于煤矿生产建设中最为重要的组成部分，为了能够有效的提升煤矿掘进的速度以及效率，就必须对整个煤矿掘进工作进行研究。保证整个煤矿掘进工作能够顺利进行[8]。对于煤矿掘进工作的循环作业来说，为了保证在抽放、截割以及运输等工作能够正常作业，就需要从根本上提升煤矿掘进的效率以及质量。假如在同一个循环内，想要进行多项施工，就应当在尽可能的保证这个工序同步进行，在实施平面挖掘的过程中，协调多项作业，充分的利用时间与空间，保证掘进的速度。此外还应当从实际出发，正确的选择作业的形式，保证质量。

　　第二、使巷道成形，改进光爆的技术。在对巷道进行爆破的过程中，经常会使用前孔光面爆破，为了有效的提升进尺，可考虑使用深孔爆破术[9]。此种深孔爆破技术除了能够有效的保证整体的施工质量外，还能够有效的增加施工的效率，提升煤矿的掘进速度，使其能够满足企业的规定。此外，为了使巷道成形，应不断的加大孔径，将多余的扩炮孔转移至周边，为了充分的利用设备，应当增加周围的眼数量。

　　第三、不断地完善掘进工作面系统。在掘进过程中，工作面的自动化能够上传图像，并对掘进机进行维护，检测发生故障的原因[10]。工作面的自动化系统具有掘进遥控、截断以及原创遥控等特点。上述这些特点能够有效的实现对工作面皮带机以及除尘装置的控制，保证掘进工作的自动控制系统融入各个工作环节，有效的实现工艺与结构的协调，提升煤矿掘进工作的效率。

　　7 结语

　　综上所述，在实际工作中，煤矿工作人员应当按照煤矿的实际情况不断的使用新技术与新工艺，完善掘进工作。还应当不断的总结工作经验，完善掘进技术，提升工作效率。