基于馬氏田口方法的煤礦安全質量標準化建設評價

周 晶，任海兵，萬 猛，樊坤坤

(中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116)

基于馬氏田口方法的煤礦安全質量標準化建設評價

周 晶，任海兵，萬 猛，樊坤坤

(中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116)

為有效選擇煤礦安全質量標準化建設的顯著影響指標，以河南某煤礦為例，通過構建煤礦安全質量標準化建設的評價指標體系，并利用馬氏田口方法對粗影響指標進行優化篩選，從19個粗影響指標中優選出10個顯著影響指標，再利用優化后的評價指標體系對該煤礦的安全標準化建設進行評價與分析，以為煤礦安全質量標準化的研究與評價提供新視角。

馬氏田口方法；煤礦；安全質量標準化；評價

煤礦資源是一個國家經濟發展的動脈，又是一個國家提升綜合實力和社會穩定發展的重要依托。煤礦資源作為基礎性能源在我國的國民經濟發展中扮演著重要角色[1]。煤礦工業在為我國的經濟建設作出突出貢獻的同時，也面臨著來自技術發展、生態環境、經濟增長、煤礦安全等諸多問題的挑戰。由于資源稟賦、生產管理、開采技術等諸多條件的制約，在煤礦資源開發過程中，安全事故時有發生，保證煤礦資源開發工作的安全仍然是任重而道遠。安全生產是煤礦企業可持續發展的重要保障[2]。煤礦安全質量標準化建設是煤礦企業抓好其他各項工作的基礎，也是推進煤礦企業自我管理、自我約束、穩定發展、持續進步的有效管理模式[3]。本文以河南某煤礦為例，通過構建煤礦安全質量標準化建設的評價指標體系，并基于馬氏田口方法篩選出影響煤礦安全質量標準化建設的顯著影響指標，用來評價與分析該煤礦企業安全質量標準化的建設情況，以為煤礦安全質量標準化建設提供理論依據。

1 馬氏田口方法

馬氏田口方法是由日本質量管理專家田口玄一博士提出的基于馬氏距離和田口方法的一種新興的質量管理手段，馬氏田口方法作為一種基于數據的分析方法，其特點是結合了馬氏距離、正交表和信噪比等多種數據分析工具，并采用優化后的顯著影響指標對研究對象作出科學的診斷和評價[4-5]。隨著研究的不斷深入，馬氏田口方法由原先的主要用于醫療及醫療設備診斷和預測，逐漸被引入到機器故障檢測、信用評價、礦山建設等諸多領域。

2 煤礦安全質量標準化

煤礦安全質量標準化是人們在長期的煤礦資源開發實踐中總結出的經驗教訓與科學理論，它以科學的、系統的、規范的、制度化的理念，指引煤炭資源開發的全過程安全高效地運行。煤礦安全質量標準化建設是指地測防治水質量、采煤質量、掘進質量、通風質量、作業環境質量、工程質量、機電質量、運輸質量等必須符合各項法律法規制定的標準，保證煤礦資源開發的安全進行[6]。煤礦安全質量標準化結構模型見圖1。

2.1 煤礦安全質量標準化與安全文化

安全文化是煤礦安全質量標準化的重要組成部分，是安全生產的靈魂與核心[7]，它貫穿于安全質量標準化工作的始末。人作為文化的載體，是企業的核心，是企業最富有活力、最具有創造性的資源。人的思想、知識、習慣、作風等是影響安全工作的直接因素，因而只有把安全質量標準化提高到認識安全文化重要性的高度，才能更好地改善煤礦安全形勢。

2.2 煤礦安全質量標準化與安全效益

安全效益是指通過安全質量標準化的建設而實現的安全條件[8]。在煤礦資源開發過程中，其指保障人員、技術、機器設備及環境組成系統功能的正常，并直接或間接地給社會和企業的進步與發展帶來的利益。安全效益更多地表現為安全投入與安全產出的比較，即由于安全投入而給社會和企業帶來的經濟效益、生態效益、社會效益。

2.3 煤礦安全質量標準化與PDCA循環

PDCA循環是一個不斷發現問題、解決問題的動態循環管理模式[9]，每一次循環都有新的改進目標，周而復始、持續改進、階段提高。持續改進是安全質量標準化建設必不可少的環節，只有把持續改進、事故預防和風險控制三者有機結合起來，才能建立起煤礦安全質量標準化的長效管理機制，為社會和企業帶來更多的福利。

3 馬氏田口方法在煤礦安全質量標準化建設中的應用

3.1 構建評價指標體系

本文選取河南某煤礦開展煤礦安全質量標準化建設評價，參照該煤礦安全質量標準化建設管理規定，同時結合我國2013年制定的《煤礦安全質量標準化基本要求及評分方法(試行)》，構建了煤礦安全質量標準化建設評價指標體系，將煤礦安全質量標準化建設評價指標體系分為6個二級評價指標，并依據可量化性、系統性、科學性和全面性的原則選取19個三級粗評價指標，詳見圖2。

3.2 問卷調查與分析

本文采用十分制的賦值方法設計調查問卷對該煤礦的礦工、技術管理人員及相關部門領導發放調查問卷，共發放問卷120份，回收86份，去掉回復不完整或回復不合理的問卷，實際回收問卷75份，回收有效率為0.625。同時，運用SPSS軟件對調查問卷進行信度與效度檢驗，檢驗結果顯示：Cronbach'sα值為0.913(大于0.7)，KMO抽樣統計量為0.834(大于0.7)表明測量表具有較高的信度；Bartlett's球形檢驗值的顯著性概率是0.000，表明測量表適合做因子分析，具有較高的效度。

3.3 馬式田口方法優化與評價

3.3.1 選取正交表

正交表是一種用于篩選顯著指標的試驗設計表[10]，由于所選的粗指標為19個，故選正交表L20(219)，正交表中水平“1”、“2”代表選擇和不選擇該指標。本文運用Minitab對測量表進行分析，得到可行方案均值見表1。

表1 可行方案均值

3.3.2 構建基準空間

基準空間的構建是馬氏田口方法完成評價、測量、分類及預測功能的基礎[11]。基準空間作為計算馬氏距離的參考，一旦被確定就不能更改。依據TOPSIS原理[12]，對煤礦安全質量標準化建設的評定最高分為10分，最低分為1分。基于田口正交表所給定的20種可行方案構建的基準空間為X1(10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10),X2(10,10,10,10,10,10,10,10,10),…,X20(10,10,10,10,10,10,10,10,10)。

3.3.3 優化測量表

由于開始確定的粗指標未經優化，且并非所有的指標都能準確評價、預測和診斷系統，有些指標非但沒有影響甚至存在干擾，因此選擇顯著指標來降低多維系統的維度并縮短評價、診斷和預測的時間是相當必要的。對于正交表中每一行水平為“1”的指標構成的測量表，根據下式計算望大型信噪比：

(1)

式中：ηm為第m個方案的信噪比；di為第i個測量樣本在每一行為“1”水平下，所求的n個樣本數據的距離。

信噪比表示多維系統對樣本的檢驗效果，望大型信噪比越大，表示對多維系統的檢驗效果越好。利用式(1)計算得到的可行方案信噪比見表2。

表2 可行方案的信噪比

根據下式計算出各指標的信噪比均值之差(見表3和圖3)：

(2)

由表3和圖3可知：指標C5、C9、C12、C14、C15、C16、C17、C18、C19的信噪比均值之差為負值或斜率較小，表明對測量表有干擾或影響較小，故剔除；指標C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C10、C11、C13的均值之差為正值或斜率較大，則為顯著影響指標，據此即可建立優化后的測量表。排序靠前的指標是該煤礦企業后期安全質量標準化建設應加強的重點，須嚴格按照國家制定的法律法規及結合自身實際情況開展煤炭資源開發工作。

表3 各指標信噪比均值之差

3.3.4 評價與分析

馬式田口方法最鮮明的特征在于測量[14]，并非分類，其通過組建一個連續的測量表，計算測量表偏離基準空間的程度，取值范圍為(0，+∞)。在傳統的多元統計方法中，通常采用二元質量損失函數來確定閾值，這樣閾值的確定就需要考慮誤判的損失和概率[15]。本文借鑒TOPSIS原理將測量樣本的評定等級分為5級，即為{Si|Si∈S}，S={優秀，良好，中等，及格，不及格}。當樣本均值為10時，即樣本Y1=[9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5],樣本到基準空間的馬氏距離S1稱為優秀閾值,測量樣本到基準空間的馬氏距離S∈(0,S1),判定該測量樣本為優秀；當樣本均值為8時，即樣本

Y2=[8 8 8 8 8 8 8 8 8 8],樣本到基準空間的馬氏距離S2稱為良好閾值，測量樣本到基準空間的馬氏距離S∈(S1,S2),判定該測量樣本為良好；當樣本均值為6時，即樣本Y3=[6 6 6 6 6 6 6 6 6 6],樣本到基準空間的馬氏距離S3稱為中等閾值，測量樣本到基準空間的馬氏距離S∈(S2，S3),判定該測量樣本為中等；當樣本均值為4時，即樣本Y4=[4 4 4 4 4 4 4 4 4 4],樣本到基準空間的馬氏距離S4稱為及格閾值，測量樣本到基準空間的馬氏距離S∈(S3,S4)，判定該測量樣本為及格；當測量樣本到基準空間的馬氏距離S∈(S4,∞)，判定此測量樣本為不合格。

馬氏距離主要被用于計算測量樣本到基準空間的距離[13]，本文采用協方差矩陣法計算馬氏距離，其計算公式如下：

(3)

式中：S為測量樣本到基準空間的馬氏距離；n為多維系統的緯度；Y為樣本矩陣；X為基準空間矩陣；C-1為優化后測量表的協方差矩陣；(Y-X)T為(Y-X)的轉置矩陣。

通過計算可得：

Y-X=[-1.81 -2.21 -1.49 -2.21 -2.67 -2.43 -2.16 -2.12 -2.36 -2.59]

依據式(3)可計算得到測量樣本到基準空間的馬氏距離S=6.525 4。同理可得，S1=1.458 9，S2=5.835 5，S3=11.671 0，S4=17.506 5。因為S=6.525 4∈(S2,S3)，認為該測量樣本屬于中等級別，即該煤礦的安全質量標準化建設的級別為中等。但是，該礦井中的滲水及涌水現象是十分令人擔憂的，企業應當及時掌握和了解礦井周圍地面水源的信息，制定相應的防治水措施，尤其對經常積水的低洼地點應用硬物填充夯實或用抽水泵將水抽走。此外，該礦井下的空氣質量也不盡人意，可吸入顆粒較多，這也是今后應當改善的重點。

4 結 論

通過對煤礦安全質量標準化的理解與分析，以及在總結前人研究成果的基礎上，構建了針對河南某礦的煤礦安全質量標準化建設的評價指標體系，并利用馬氏田口方法對粗指標進行了優化篩選，從19個粗指標中選擇出10個顯著影響指標，再利用優化后的評價指標體系對該煤礦的安全質量標準化建設進行了評價與分析，從而確定了該煤礦安全質量標準化建設的級別。改善煤礦安全形勢與安全質量標準化建設是一項耗時且費力的巨大工程，需要社會、企業和員工的共同參與，才是可行之策。

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Evaluation on the Construction of Safety Quality Standardization of Coal Mine Based on Mahalanobis-Taguchi Method

ZHOU Jing,REN Haibing,WAN Meng,FAN Kunkun

(SchoolofMines,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

In order to effectively choose the significant indexes that affect the construction of the safety quality standardization of coal mine，this paper takes a coal mining enterprise in Henan province as an example,proposes the evaluation system of the construction of coal mine safety quality standardization,applies the Mahalanobis-Taguchi to selecting the influenced index,and then uses the optimized measurement table to analyze and evaluate the construction of the safety quality standardization of coal mine.The study provides a new perspective for the research and evaluation of coal mine safety quality standardization.

Mahalanobis-Taguchi method;coal mine;safety quality standardization;evaluation

1671-1556(2015)04-0119-04

2015-01-26

2015-06-16

國家自然科學基金項目(71173216、71271206)

周 晶(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向為礦業系統工程與安全管理。E-mail:jimchoux@163.com

X

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.04.021