基于FAHP-MODM煤矿防灭火系统可靠性综合评价.pdf
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1、116Vol.55.No.9COALENGINEERING第55卷第9 期程炭煤doi:10.11799/ce202309020基于FAHP-MODM煤矿防灭火系统可靠性综合评价杨洋,颜爱华,王国栋,侯蕊芳,程斌斌(应急管理部研究中心,北京100013)摘要:为了能够有效地提高煤矿防灭火系统可靠性,结合模糊层次分析法和多目标决策方法,对煤矿防灭火系统可靠性进行综合评价。首先,阐明模糊层次分析法和多目标决策方法评价过程;其次,构建煤矿防灭火系统评价体系;最后,对5个煤矿的防灭火系统进行可靠性评价,对每个煤矿防灭火系统的可靠性进行划分,并提出改进意见。结果表明:模糊层次分析法和多目标决策方法能够全
2、面地对煤矿防灭火系统可靠性进行评价,对提高煤矿防灭火系统可靠性具有理论指导意义。关键词:矿井火灾;防灭火系统;模糊层次分析法;多目标决策中图分类号:TD75*2文献标识码:A文章编号:16 7 1-0 959(2 0 2 3)0 9-0 116-0 6Comprehensive evaluation on reliability of coal mine fire prevention systemsbased on FAHP-MODMYANG Yang,YAN Aihua,WANG Guodong,HOU Ruifang,CHENG Binbin(China Center for Safet
3、y Research,Ministry of Emergency Management of the Peoples Republic of China,Beijing 100013,China)Abstract:In order to improve the reliability of fire prevention systems in coal mines,the reliability is evaluated using the fuzzyhierarchical analysis method and the multi-objective decision-making met
4、hod.Firstly,the evaluation process of fuzzyhierarchical analysis and multi-objective decision method is clarified;secondly,the evaluation system of coal mine fireprevention system is constructed;finally,the reliability of fire prevention system of five coal mines is evaluated,and thereliability of e
5、ach coal mine fire prevention system is divided and improvement suggestions are put forward.The results showthat the fuzzy hierarchical analysis method and the multi-objective decision-making method can comprehensively evaluate thereliability of the coal mine fire prevention system,which can theoret
6、ically guide the improvement of the system reliability.Keywords:mine fire;fire prevention system;fuzzy hierarchy analysis;multi-objective decision making煤炭资源在地下赋存以及开采过程中会造成煤自燃,从而造成煤矿火灾事故。为了预防煤矿火灾事故的发生,煤矿会布置防灭火系统2 防止煤火的发生并预警和防止煤火扩散3】,对煤矿安全生产具有重要的作用,因此需要进行可靠性分析。目前,煤矿防灭火系统的分析研究主要包括防灭火措施和评价两个方面。在防灭火措施方面
7、,采用的有惰性气体防灭火4、阻化剂防灭火5、注浆防灭火6 、均压防灭火措施7 等。依据成庄煤矿赋存情况、煤燃烧特性及煤矿地质情况,分析了成庄煤矿防灭火系统中存在的问题8 。神东针对矿区浅埋易自燃煤层特点,建立了特大井田浅埋深易自燃煤层自燃灾害防治的技术体系,消除煤炭自燃威胁9。乌兰煤矿根据采空区达到惰化浓度、吨煤注氮量、采空区氧化带氧浓度等方法对注氮量进行了核算,对现有注氮管路进行了改造10 。可以看出以上煤矿都是根据煤矿实际情况对煤矿防灭火系统选用合理的设计和改进。在煤矿防灭火系统评价方面,主要采用层次分析法和德尔菲法(定性分析)、灰色理论法(半定性定量分析)以及模糊综合评价(定量分析)开展
8、相关研究。陈思远1 以模糊理论为基础,利用模糊综合评价方法对亿隆煤业的人员素质、安全管理、收稿日期:2 0 2 2-0 9-10作者简介:杨洋(198 7 一),男,山东泰安人,工程师,主要从事安全生产和应急管理政策、规划、技术研究等工作,E-mail:yangyang 。引用格式:杨洋,颜爱华,王国栋,等。基于FAHP-MODM煤矿防灭火系统可靠性综合评价J煤炭工程,2 0 2 3,55(9):116-121.1172023年第9 期程研究探讨炭煤通风安全等6 个指标进行了评价。翟继云12 通过运用模糊综合评价对抗火灾能力进行综合评价,最后优化均压措施提高抗火灾能力。陈小林13 和韩文彬14
9、 基于层次分析法,对工作自然发火影响因素进行了理论分析,得到火灾风险阶段性多指标综合评价方法。翟小伟结合系统工程原理构建煤自燃危险性影响因素的结构方程模型,并基于该模型对煤自燃危险性进行综合评价15。然而,由于煤矿火灾系统的复杂性和动态性,采用单一评价方法难以满足评价需求,需采用综合评价方法进行评价。通过以上文献调研发现,煤矿防灭火系统不只是防火措施,而是“人-机-环-管”的综合性系统,因此要对煤矿防灭火系统建立一个合理的评价体系,对其进行综合性的可靠性分析。因此,本文通过FAHP-MODM可靠性评价方法,通过对构建的煤矿防灭火系统评价指标体系,从主观和客观两个方面进行综合性的可靠性评价,为煤
10、矿安全生产提供理论支持。1FAHP-MODM可靠性评价1.1可靠性评价FAHP-MODM是一种将模糊层次分析法和多目标决策方法进行综合的系统可靠性评价方法。模糊层次分析法16)(FuzzyAnalytic HierarchyProcess,FAHP),是一种将定性与定量评价相结合的主观评价模型,主要依赖于专家的主观认识在体系评价、系统优化、能力评估方面广泛应用;而多目标决策分析17 (Multi-Objective Decision-Making,M O D M),是通过系统中每一个指标体系具体的信息量的大小以及各指标在实际过程中体现出来的信息量值,对综合评价系统可靠性进行定量评价。因此,通过
11、将FAHP和MODM方法进行综合使用,可以对所评价的系统从主观方面和客观方面进行综合评价,互补他们之前的短板,使评价结果合理可行,可靠性评价的流程如图1所示1.2FAHP的评价过程模糊层次分析法(FAHP),一般先用层次分析法确定因素集,然后通过模拟综合评价确定评判的效果。在进行评价前需要对所要评价的系统进行全面分析,确定评价指标因素之间的层次关系,形成系统评价指标体系。随后,需要专家根据自己的经验对系统指标体系同一层级的指标字表进行两两比较,确定他们之间的相互层级关系,构建判断矩阵。系统可靠性评价指标的建立采用FAHP对各个评价指各评价指标等级界限和各观标进行两两对比,构建模测点中各评价指标
12、原始数据糊比较判断矩阵建立目标决策矩阵根据各个指标的目标类型,计算各指标对应的相对优属度形成优属度矩阵计算各指标的主观权重计算各指标的客观权重将主观权重和客观权重综合,计算得到各指标的综合权重各指标的综合权重和优属度矩阵相乘,得到各观测点的可靠性等级图1FAHP-MODM可靠性评价方法的流程两两比较的原则是通过三角模糊数学进行标定18 为了保证后续计算和排序的准确性,构建的判断矩阵需要进行一致性检验,具体方法可参考文献19。一致性检验合格之后,按照判断矩阵计算出各层次中各个因素的重要性排序,一般计算方法分为特征根法和方根法。将计算出来的结果按照式(1)进行归一化处理得到各因素的权重向量w=(w
13、,w2,,w,)W;W(1)式中,w,为平均加权权重;w;为第i个因素的权重值。通过以上计算可以得到系统中相同层级各因素的权重值,为了得到层次总排序,特别是最低层次各因素在系统中的总排序权重,即主观权重,需要通过式(2)进行转化W主观=W;XW上层i(2)式中,W主观;为第i个因素的主观权重值;W上层i为第i个因素的上层指标权重值。1.3MODM的评价过程多目标决策分析(MODM)是通过信息决策中各因素的信息量的大小来判断其在整个决策中的权重值。在决策中,如果一个因素的信息量越多,则这个因素相对于“优”的程度越大,在信息中越起作用,相对优属度越高。而对于系统中,各因素的相对优属度相对于“优”的
14、程度越大,则这个因素相对于整个系统对可靠性的程度越高。一般情况下,相对优属度一般分为四个目标类型,分别是效益型、1182023年第9 期程炭研究探讨煤成本型、固定型和区间型2 0 而各因素在系统中根据实际情况,对每个指标赋值来形成目标矩阵F,通过每个类型不同的转化方法将目标矩阵转化为相对优属度矩阵,具体每个类型的概念及转化方法可参考文献2 0 。设有n个项目,涉及m个子因素,对于第i个项目的第j个子因素用f,表示,设初始数据目标矩阵为F=(f)mx,则经过标准化公式处理后得到相对优属度矩阵U=(uJi2F=LJnm_M12MmU=21222mLunln2m模糊层次分析法所得出的各个指标数值都是
15、通过专家偏好进行主观确定的,因此具有一定的主观特性。而多目标决策分析方法的各个指标都是客观实际反映出来的,不存在主观性,故该方法得出来的指标权重为客观权重。计算多目标决策的客观权重一般采用的是离差最大化方法得出,由相对优属度矩阵U得出其中指标i的客观权重v,为:mmj=1k=1,i=1,2,.,n(3)nmmi=l j=l k=l式中,和为不同观测点;lu-i为第i个指标,观测点;与观测点优属度偏差1.4综合可靠性评价指标的确定FAHP-MODM是结合模糊层次分析法的主观权重和多目标决策方法的客观权重。对一个系统进行综合评价时,需要将这些主观权重和客观权重有机地结合起来,从而得出各个指标的综合
16、权重;:w;U;i=1,2,(4)a,n=1然后通过多目标决策法的线性加权和方法计算各个决策的综合指标yi:=ajj,j=1,2,.n(5)=1最后再通过各个决策的综合指标;的大小值进行排序得出每个观测点的等级2煤矿防灭火系统评价体系构建2.1煤矿防灭火系统煤矿防灭火系统是一个复杂的系统,单一从设备设施进行分析具有片面性,不能全面地体现煤矿防灭火系统的整体性能。同时,2 0 2 2 年我国颁布了一部综合性的煤矿火灾防治规范性文件,即2 0 2 2 版本煤矿防灭火细则,从煤矿火灾发生的内外因素、火灾监测监控、防火技术、应急处置、井下火区管理和露天煤矿防灭火七个方面对煤矿火灾防治提出了规范性要求。
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