基于綜合賦權與集對分析的煤炭企業安全評價

陳維占，楊玉中

(河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000)

我國是一個富煤、貧油、少氣的國家，這決定了煤炭在我國能源消費結構中處于主體地位。近年來，煤礦安全生產事故總量雖然大幅下降，安全生產狀況有了明顯好轉，但我國煤礦地質條件復雜，自然災害嚴重，安全生產形勢依然嚴峻。安全評價是煤炭企業發現安全隱患、防范事故發生的重要手段。因此，研究適合我國煤炭企業安全評價的方法不僅具有重要的理論意義，還具有重大的現實意義。

有關專家及學者對煤炭企業安全評價開展了大量研究工作。楊金廷建立了基于支持向量機的煤礦安全評價模型，并通過實例驗證了該模型的科學性和可行性[1]；楊玉中等從作業人員、機械設備、作業環境和工作狀態4個方面給出了煤炭企業安全預警指標體系，應用層次分析法確定預警指標權重，建立了基于可拓理論的煤炭企業安全預警模型[2]；楊軍等通過對煤炭企業安全特點的分析，歸納了煤炭企業安全的主要控制點，并構建了安全預警指標體系[3]；郭凱運用風險矩陣理論，結合Borda序值法對煤炭企業安全的風險因素進行排序，進而確定了影響煤炭企業安全的關鍵因素[4]；倪玉等運用主成分分析、自回歸及K均值聚類等方法，構建了煤炭企業安全預警模型，對煤炭企業安全預警進行了策略指導[5]；宋陳澄等基于作業環境、人員配置、設備操作、安全管理等因素，構建了包含13項指標的煤炭企業安全評價指標體系，并運用熵權、模糊綜合評價方法建立了煤炭企業安全評價模型[6]。

目前已有的評價方法雖然很多，但有些方法主觀性較強，有些方法計算復雜。為了減少主觀性對評價結果的影響，提高評價結果的真實、客觀性，筆者提出了基于綜合權重的集對分析法對煤炭企業進行安全評價，以期能夠提高煤炭企業安全評價的有效性。

1 基于集對分析的煤炭企業安全評價模型

1.1 集對分析原理

集對分析[7-9]是由我國學者趙克勤最早提出的一種用于處理不確定和模糊問題的數學方法。其核心原理是系統不確定原理和成對原理，該理論認為，任何系統都是由確定性和不確定性組成的，并且彼此間相互聯系，相互作用，在一定條件下又可相互轉化，可用聯系數來定量描述其間的關系。到目前為止，該理論多應用于預測、決策、系統評價等方面，并取得了良好的效果。

集對分析利用集合的思想來進行問題分析，如有2個聯系的集合A和B組成一個集對H=(A,B)共有N個特征，其中在兩集合中，有S個特征相同，P個特征對立，剩余F=N-S-P個特征既不相同，也不對立。這2個集合的“同一度”“差異度”“對立度”分別用比值S/N、F/N、P/N來描述。集對H=(A,B)的聯系度μ表示為：

(1)

式中：i為差異度系數，取值區間為[-1,1]；j規定取值為-1，且滿足條件a+b+c=1。

1.2 煤炭企業安全評價指標體系

根據我國煤炭安全生產的相關法律法規，結合對相關研究文獻的梳理，以及現場技術人員的意見，確定出影響煤炭企業安全生產的4類風險因素：人員、設備、環境、管理，據此建立了煤炭企業安全評價指標體系，見表1。

表1 煤炭企業安全評價指標體系

1.3 指標權重的確定

1)熵權法[10]確定權重。熵權法是一種客觀的賦權方法，是利用各指標的熵值所提供的信息量的大小來決定指標權重的方法。利用熵權法確定各個評價指標權重的基本步驟如下：

對得到的指標原始數據進行標準化處理，假設有m個待評價對象，每個對象有n個評價指標χ1,χ2,…,χn，評價矩陣Xij=(χij)m×n,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。設各評價指標標準化后的數據為Yij=(yij)m×n。

依據信息熵原理，第j個評價指標的熵定義為：

(2)

(3)

(4)

2)超標倍數賦權法[11]確定權重

(5)

3)綜合權重的確定。將熵權法和超標倍數賦權法得到的指標權重組合起來，得到各指標的綜合權重為：

(6)

1.4 基于集對分析的安全評價模型

1)集對的構建

將煤炭企業安全評價指標集合與安全評價準則集合構成一個集對，用集對分析方法來對煤炭企業安全性進行評價。參考文獻[12]中等級劃分的標準，將安全風險劃分為5個等級，分別為低風險(V1)、較低風險(V2)、中等風險(V3)、較高風險(V4)、高風險(V5)，見表2。

表2 安全風險等級劃分標準

2)“同”“異”“反”數值的確定

利用煤炭企業安全指標集合與安全評價指標集合的對比分析，確定指標性質，進而得到各指標間“同”“異”“反”的聯系。

3)集對分析關聯度的確定

根據構建的煤炭企業安全評價指標特性可知，表1中的指標是越小越好型指標。依據關聯度的定義確定關聯函數為μj(i)[13-15]。

第1等級聯系度為：

μj(1)=

(7)

第2等級聯系度為：

(8)

第3等級聯系度為：

μj(3)=

(9)

第4等級聯系度為：

μj(4)=

(10)

第5等級聯系度為：

μj(5)=

(11)

式中：μj(1)～μj(5)為煤炭企業安全評價指標j與各等級的聯系度；sj(1)～sj(5)為煤炭企業安全評價劃分標準中評價指標j的閾值；χj為指標j的評價值。

4)煤炭企業安全等級的確定

利用集對分析對煤炭企業進行安全評價，實質上就是將各安全失效程度與風險等級劃分標準組成一個集對，計算各樣本中評價指標對標準安全失效程度各個級別間的聯系度μj(i)，然后通過改進的綜合權重法確定權重，計算加權聯系度，其計算式如下：

(12)

式中：μi為各安全評價指標與第i類安全劃分標準的平均聯系度；ωj為各安全評價指標的綜合權重。

2 應用分析

2.1 評價指標的評分及指標權重

以平煤集團下屬的5個煤炭企業為評價對象，應用上述評價模型對煤炭企業的安全性進行評價。根據已經構建的評價指標體系對評價對象進行數據收集，以現場調研、文獻資料查詢及企業安全部門的日常安全檢查記錄為原始數據。依據系統的安全等級劃分標準，邀請8位專家學者對建立的各個評價指標打分，并使用改進后的綜合權重法確定各個指標的權重值，見表3。

表3 評價指標評分及權重值

2.2 安全風險評價

以評價對象1為例，將表3中的各指標的評分值代入式(7)～(11)，計算出各指標的聯系度，結果見表4。

表4 評價對象1聯系度計算結果

將表3中各指標的綜合權重值與表4中的各指標的聯系度代入式(12)，計算出評價對象1的平均聯系度，進而確定出評價對象1的安全評價等級。依照相同的計算步驟，可以求得評價對象2、3、4、5的平均聯系度和安全評價等級，見表5。

表5 各評價對象風險可能性綜合評價結果

2.3 結果分析

由表5中各評價對象1～5各級別所對應的平均聯系度，根據最大隸屬度原則，得出所對應的安全等級分別為：較低風險(V2)、較低風險(V2)、較低風險(V2)、中等風險(V3)、中等風險(V3)。評價結果與煤炭企業實際安全狀況大致相同。同時通過比較可知，評價對象4、5的安全情況欠佳，需要管理者高度重視，及時排除安全隱患。

由計算結果分析可知，研究對象1、2、3的風險水平為較低，主要表現為：人員安全因素包括小部分人員違章作業率相對較高、作業人員學歷水平偏低，專業素養不高；設備安全因素包括設備更新不及時、設備待修率偏高；安全管理因素包括應急管理不到位，應急物資少。總的來看，研究對象1、2、3屬于開采條件相對較好的礦井，但作業設備水平、作業環境相對較差，安全管理投入不足，時有小事故事件發生。研究對象4、5的風險水平為中等，主要表現為：技術水平不達標率與違章作業率水平相對較高；環境安全因素包括地質構造復雜程度高、采掘深度相對較深、礦井通風系統指標數值比正常值偏離；安全管理因素包括安全管理制度不健全、組織機構不合理、安全監管不到位。總體上來說，研究對象4、5的表現特征為開采條件較差、人員專業技術水平不高、安全綜合管理不強，人員傷亡率偏高。因此，煤炭企業管理者需要完善煤炭生產安全管理制度、優化煤炭生產安全組織結構，增強員工專業技術水平、減少員工違章作業，及時更新現代化開采設備，提高煤炭企業應對安全風險的能力。

3 結論

1)構建了由4類風險因素、13個二級安全指標組成的煤炭企業安全評價指標體系。應用熵權法和超標倍數賦權法相組合確定指標的綜合權重，降低了評價的主觀性，使得評價結果更真實客觀。

2)利用集對分析的理論與方法對煤炭企業安全性進行評價，計算簡便，思路清晰，較好地解決了評價中數據的不確定性問題。該評價模型不僅能定量評價煤炭企業安全性等級結果，而且也能獲得各個子準則層指標的評價結果。

3)將指標體系與評價模型進行應用分析，指出評價對象的安全狀況，并分析其存在的安全問題，提出相應的預控對策。為煤炭企業安全評估提供了一定的指導和參考。