煤礦安全評價方法綜述及發展趨勢*

趙鵬飛

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650031)

0 引言

煤炭是我國的主要能源[1]，截至目前，全國共有8 000多座煤礦，煤炭年產量接近40億t；在未來幾十年的能源供給體系中，煤炭將依舊保持一次能源的主體地位。因此煤礦安全生產關系到煤炭工業的可持續發展和國家的能源安全。

煤炭工業發展迅速，但同時也伴隨著很大風險。2001-2016年，我國各生產領域共發生128 起特別重大事故，其中煤礦生產領域便有67 起[2]。為了減少煤礦生產過程中的安全事故，應及時采取預防措施，加強煤礦安全基礎工作，而安全評價是其中一項極為重要的內容。我國在煤礦安全評價方面的研究已經取得不少成果，本文就煤礦安全評價方法進行綜述，并對煤礦安全評價方法的發展趨勢作出展望。

1 煤礦生產安全評價概述

1.1 安全評價的定義

安全評價主要以系統工程理論為基礎，運用不同的評價方法定量或定性地對評價對象存在的危險因素和有害因素進行識別、分析和評估，通過分析結果給出可行的、合適的安全對策。

1.2 影響煤礦生產安全的因素

煤炭產業的蓬勃發展使得煤炭企業的數量和煤炭產量都在逐年上升，安全事故的數量也隨之增加。產生事故的原因是多方面的，就現場環境而言，地形地貌、煤層開采條件、瓦斯含量都會對煤炭開采工作產生巨大影響，但更主要的影響因素是管理制度、員工業務能力、設備技術的可靠程度等。煤礦安全評價對象及方法見表1。

表1 煤礦安全評價對象及方法

1.3 煤礦安全評價方法

我國煤礦企業采用的安全評價方法主要有安全檢查表法、事故樹分析法、模糊綜合評價法、灰色關聯分析法等。隨著計算機技術的迅速發展，神經網絡技術開始應用于煤礦安全評價中。近年來多采用定量方式，經數學模型運算，得到各個評價指標的影響程度及權重，再通過調整權重來確定評價對象是否處于安全狀態。以下分別介紹近幾年在煤礦生產中應用較為廣泛的評價方法。

1.3.1 模糊綜合評價方法

該方法主要以數學模糊理論為基礎，綜合考慮多個因素，對被評價事物隸屬等級進行綜合性評判。

該方法的優勢在于層次性和系統性強，評價結果可以量化，適合非確定性問題。但也存在主觀性過強、需要確定隸屬函數、存在一定風險等缺點。王旭等[18]使用模糊數學理論對煤礦進行了安全評價，發現此方法可以在數據不充分的條件下降低一般評價方法的主觀性，體現評價因素和評價過程的模糊性，能客觀地評定煤礦的安全狀況。也有學者將模糊方法與其他方法相結合[19]，以降低模糊評價的主觀性，使評價過程更為客觀。

1.3.2 結合TOPSIS法的評價方法

TOPSIS法是一種有限方案多目標決策分析方法。在煤礦安全評價過程中，許多學者在進行指標權重計算后多應用TOPSIS法構建相應的模型并通過此方法進行安全評價。

TOPSIS法易于理解，計算快捷，適用于多目標決策問題，但如果信息不全，則該法在評價過程中會存在一定的主觀性，不能正確決策。因此在使用該法的過程中需不斷改進并與其他方法相結合，以盡可能提高其適用性。賈寶山等[20]將層次分析法(AHP)與TOPSIS法相結合，基于AHP法確定了各層指標的重要度，同時利用TOPSIS法確定了礦井安全現狀等級。

1.3.3 神經網絡技術

隨著計算機技術的發展，許多學者將人工神經網絡技術應用于煤礦安全評價中，彌補了傳統方法計算能力的不足，可以得到較為準確的評價結果，并且能提高安全評價的效率。

神經網絡理論在煤礦安全評價中的應用已非常廣泛，眾多學者使用該方法對煤礦進行了安全評價并取得了良好的效果[21-22]，其優缺點非常明顯：①優點是計算能力強，降低了人工評價帶來的人為因素的影響，評價結果更客觀準確，能夠實現靜態或者動態的安全評價；②缺點是運算速度較慢，當數據較多且分散時系統易癱瘓，需要采集大量數據樣本和具有豐富的經驗，易陷入局部最優，使得全局最優解無法收斂。因此也有學者結合神經網絡及其他方法對煤礦進行安全評價，如層次分析法、組合賦權[23]等。楊力等[24]將支持向量機(Support Vector Machine，SVM)算法用于煤礦安全評價中，此方法需要的樣本數量少且具有分類能力強、泛化能力強、計算速度快等特點，彌補了BP神經網絡的不足。其他如遺傳算法、極限向量機算法、競爭神經網絡等方法在煤礦安全評價中亦有應用。

1.3.4 其他評價方法

模糊評價、TOPSIS、神經網絡都是近幾年使用較多的安全評價方法，除此之外，還出現了其他定量方法：汪劉凱等[25]采用層次聚類分析法為煤礦本質安全提供了決策依據；鄒德均等[26]利用風險評估法對煤礦安全風險進行了評估。

2 煤礦安全評價的發展趨勢

隨著計算機及統計學的發展，曾經難以獲取的指標或未曾發現的指標被引入新的指標體系中，使新的評價體系擁有更為豐富的數據。評價體系指標主要反映煤礦生產過程中產生的變化，如何使指標更加合理、更加貼近實際，尚需進一步研究。隨著仿真技術的發展，模擬礦井生產的復雜環境可以為煤礦安全評價提供更為精確的模型，將仿真技術應用于煤礦安全評價將成為未來的發展趨勢。

3 結語

煤炭工業作為我國的基礎產業之一，其安全問題是人們關注的熱點。在煤礦生產過程中，由于地質條件的復雜性，往往難以獲得第一手資料，導致對安全的綜合評價以及全面評價十分困難。安全評價結果可以作為煤礦安全生產的參考依據，但是不能準確判斷煤礦是否安全，尚需探索可以全面反映煤礦實際的評價方法和體系。