基于模糊層次分析法的露天礦爆破風(fēng)險評價

解明聰

（四川大學(xué)匹茲堡學(xué)院,四川 成都 610065）

20世紀30年代，風(fēng)險評價（又稱安全評價）出現(xiàn)在美國保險行業(yè)，20世紀60年代發(fā)展迅速，逐漸在美國的軍工行業(yè)應(yīng)用。吳電軍等研究出利用層次分析法和MATLAB對影響煤礦安全的評價指標(biāo)特征根求解的方法[1]。趙國彥等在傳統(tǒng)的模糊綜合評價法基礎(chǔ)上結(jié)合了層次分析法，提出新的綜合性評價模型[2]。張麗等將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)模應(yīng)用于企業(yè)的應(yīng)急救援評估[3]。針對黑岱溝露天礦爆破現(xiàn)狀，建立爆破風(fēng)險評價體系，對評價中影響較大的安全風(fēng)險和不足之處提出改進措施。

1 模糊層次分析法

1.1 劃分評價單元

在爆破作業(yè)環(huán)節(jié)中，危害造成的影響不同且復(fù)雜，將其劃分為不同的評價單元，可以針對不同的單元進行評價，再將各單元評價結(jié)果綜合成為最終的評價結(jié)果[4]。

1.2 層次分析法

層次分析法是美國運籌學(xué)家Thomas L. Saaty在20世紀70年代初提出。這是一種融合了定性和定量方法的決策手段，用于解決多層次、多目標(biāo)、多屬性的問題[5]。

1.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將亟待解決的問題中主要影響因素，自上而下進行遞階層次劃分，最高層為目標(biāo)層，中間層為準(zhǔn)則層，最底層是方案。

1.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是指同一層的評價指標(biāo)對上一層的影響程度，將兩兩評價指標(biāo)之間進行對照，利用1-9標(biāo)度法，建立重要程度判斷矩陣。

1.2.3 計算權(quán)重向量

確定方案層的權(quán)重，是將同一層的指標(biāo)對上一層的影響關(guān)聯(lián)度以權(quán)重向量的方式展現(xiàn)，計算判斷矩陣的特征向量，常用的方法有三種[6]，算術(shù)平均法[7]、幾何平均法、MATLAB法。

1.2.4 一致性檢驗

層次分析法最后一步，是對最大特征值和特征向量進行一致性檢驗[8]，得到一致性比例CR<0.1，表示通過了一致性檢驗，可以確定指標(biāo)權(quán)重的合理性。若CR<0.1則說明判斷矩陣通過一次性檢驗，反之則需要修改判斷矩陣。

1.3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法[9]是模糊數(shù)學(xué)的一種方法，適用于評價的對象沒有精準(zhǔn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，引用模糊數(shù)學(xué)的定義，將評判標(biāo)準(zhǔn)定量化，確定各影響因素的隸屬度，從而劃分評價的等級。

1.4 模糊層次分析法

模糊層次分析法將層次分析法得到的權(quán)重向量直接引用，融合模糊評價法得到評價模型.通過綜合評價模型，可以得到評價分數(shù)，根據(jù)模型的分級標(biāo)準(zhǔn)確定評價對象的等級，對比實際情況與評價結(jié)果是否符合，可以科學(xué)的方法驗證評價模型建立的可行性，同時提高了評價結(jié)果準(zhǔn)確性。

2 工程概況

黑岱溝煤礦采區(qū)的內(nèi)巖石主要為砂巖及泥巖，普氏硬度系數(shù)f=6～7，屬于半堅硬-堅硬巖石，主要設(shè)計參數(shù)如下：

爆破參數(shù)。如表1所示。

表1 爆破設(shè)計參數(shù)

2.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

根據(jù)黑岱溝煤礦爆破現(xiàn)狀，可以將評價一級指標(biāo)劃分為經(jīng)濟效益U1、爆破質(zhì)量U2、安全管理U3,評價指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 評價指標(biāo)體系

2.1.1 一級權(quán)重

首先，5位專家根據(jù)1-9標(biāo)度表，對一級權(quán)重指標(biāo)經(jīng)濟效益（U1）、爆破質(zhì)量（U2）、安全管理（U3）進行打分，專家1對一級評價指標(biāo)的判斷矩陣A為：

最大特征值λmax=3.0649，CI=0.0324，CR=0.0624<0.1，符合一致性檢驗。使用平均值法確定這三者的權(quán)重向量，得到一級權(quán)重向量WU。

2.1.2 二級權(quán)重

（1）經(jīng)濟效益下二級評價指標(biāo)的權(quán)重向量WU1。

安全管理是一個系統(tǒng)性的模式，每一個作業(yè)都需要加強安全管理，才能使整個系統(tǒng)的安全性提高，經(jīng)濟效益和爆破質(zhì)量對整個礦山的安全系統(tǒng)來說是一個單獨的部分，將安全管理提高到一定的水平，經(jīng)濟和爆破質(zhì)量的安全也會得到改善。大塊率和炸藥單耗對經(jīng)濟效益的影響較大，大塊率的產(chǎn)生會增加二次破碎的次數(shù)，增加了工作量、炸藥量，會使爆破成本增加，有效控制大塊率，可以減少不必要的經(jīng)濟支出。早爆、拒爆在爆破時會造成嚴重的危害，早爆、拒爆在專家的判斷中占比也是非常大，露天礦山的事故多半是由于早爆或者盲炮造成，及時正確的處理非正常炮孔可以降低事故發(fā)生率。

2.2 模糊綜合評價模型

2.2.1 量化評級指標(biāo)

確定評價指標(biāo)的分值，建立評價集 V= { V1, V2,V3,V4,V5}，如表2所示。

表2 評價等級

經(jīng)濟效益和爆破質(zhì)量下的二級評價指標(biāo)，根據(jù)礦山的爆破參數(shù)以及實際的爆破效果進行量化，安全管理下的二級評價指標(biāo)，是以目標(biāo)的完成率來標(biāo)度[10]，對其進行量化分級。如表5所示。

表3 評價指標(biāo)量化評分表

最終模糊綜合評價模型B見公式（1）

2.2.2 隸屬度確定

各評價指標(biāo)的隸屬度由5位專家打分獲得，根據(jù)現(xiàn)場實際爆破情況，對二級評價指標(biāo)給出評分，打分結(jié)果如表6所示。

綜上所述，由專家打分和模糊評價模型都可以驗證黑岱溝露天煤礦爆破的安全評價等級為V1，整體的作業(yè)是比較安全的，但是在飛石、大塊率以及防護措施方面的安全性還是需要進一步提高，管理方面需要更加的完善和落實。

3 結(jié)論

（1）露天礦爆破中的爆破參數(shù)、爆破施工評價單元下的影響因素會造成大塊率、根底、飛石等危害，安全管理會對早爆拒爆現(xiàn)象、邊坡防護和周圍建筑的減震措施等造成一定的影響。

（2）黑岱溝煤礦的爆破評分為91.88，評價等級是V1（安全），大塊率、早爆、拒爆、規(guī)章制度的權(quán)重較高，針對降低大塊率、防護措施、安全責(zé)任方面提出合理建議，降低潛在事故發(fā)生率，提高安全生產(chǎn)水平。