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基于可拓优度的矿井火灾安全评价方法

文档作者：杜振宇杨胜强王军李佳乃文档来源： 1．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 2．中国矿业大学安全工程学院，		点击数：	更新时间： 2021年09月23日
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第40卷第1期
2013年2月
矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．1
Feb．2013
杜振宇，杨胜强，王军，等．基于可拓优度的矿井火灾安全评价方法[J]．矿业安全与环保，2013，40(1)：107-110
文章编号：1008—4495(2013)01-0107—04
基于可拓优度的矿井火灾安全评价方法
杜振宇 ，杨胜强 ，王 军 ，李佳乃。
(1．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221116；
2．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116；3．中国矿业大学(北京)资源与安全学院，北京100083)
摘要：矿井火灾是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，影响因素众多，影响过程也极其复杂。在结
合煤矿实际与前人研究成果的基础上，提出了评价指标并划分了矿井火灾危险等级，根据物元和可拓理
论建立了矿井火灾安全评价的可拓优度评价模型。以云南省某矿为例，对可拓优度评价法的可行性进
行了验证，评价结果准确地反映出矿井火灾危险性。根据评价结果采取相应的防灭火措施，为指导煤矿
安全、高效生产奠定了重要的基础。
关键词：可拓优度；煤矿；火灾；物元模型
中图分类号-TD712；X936 文献标志码：A 网络出版时间：2013—01—09 17：09
网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20130109．1709．019．html
Safety Evaluation Method for Mine Fire Based on Extension Superiority
DU Zhenyu ，YANG Shengqiang ， ⅣG Jun ，LI Jianai
(J．State Key Laboratory ofCoal Resources and Safe Mining，China Uaivemity ofMining and Technology，Xuzhou 221116，China；
2．School ofSafety Engineering，China University ofMining and Technology，Xuzhou 221116，China；
3．School ofResources and Safety Engineering，China University ofMining and Technology (Beijing)，＆ 100083，China)
Abstract：The mine fire is one of the major disasters that threat to safe production in coal mines，and many influencing
factors are accompanied by extremely complicated infl uencing process．Based on the actual situation of the mine and the previous
research achievements，the evaluation indicators were proposed and the risk level of the mine fire was divided，and an extension
superiority evaluation model for safety evaluation of mine fires was established according to the matter-element and extension
theory．The feasibility verification of the extension superiority evaluation method was carried out in a mine in Yunnan Province，
and the evaluation results accurately reflected the fire hazard in this mine．Based on the evaluation results，corresponding fire
prevention measures can be taken SO as to lay an important foundation for guiding safe and eficient production in coal mines．
Key words：extension superiority；coal mine；fire disaster；matter-element model
矿井火灾是指发生在煤矿井下或地面井口附
近、威胁矿井安全高效生产、造成灾害的一切非控
制燃烧，是煤矿生产中的主要自然灾害之一⋯ 。矿
收稿日期：2012-08—19；2012—11—16修订
基金项目：国家重点实验室自主课题(SKLCRSM11X01)；国
家自然科学基金重点项目(50834005)；国家自然科学基金项目
(51174198)
作者简介：杜振宇(1987一)，男，江苏泗洪人，在读硕士研究
生，研究方向为矿井安全、安全管理。E-mail：625(~904@qq．
corn
井火灾一旦发生，轻则影响矿井安全生产，重则烧
毁物资设备和煤炭资源，造成人员伤亡，甚至还会
诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一步扩大其灾难性。我国
每年都有多起矿井火灾事故发生，给煤矿带来了巨
大的损失。
当前用于矿井火灾危险性评价的方法多种多
样，有定量的，也有定性的，如层次分析法、未确知集
分析法、集对分析法、神经网络评价法、灰色关联分
析法、事件树分析法、事故树分析法、全动态评价法、
模糊数学分析法、支持向量机法等。如何选取评价
· 】O7 ·
Vo1．40 No．1
Feb．2013
矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
第40卷第1期
2013年2月
指标以及评价方法，是对矿井火灾危险状况进行科
学全面评价的基础和关键 ，在此引入了可拓优度
评价法来对矿井火灾危险性进行系统的评价。
1 可拓优度评价法基本原理
可拓优度评价法是可拓学中评价一个对象，包
括事物、策略、方法等优劣的基本方法 J。可拓学
首次提出了物元的概念，令R=(事物，特征，量值)=
(z，c， )，可以确切地反映事物与数量之间的关系，
明确地表示出客观事物的变化过程。该方法首先根
据煤矿发生火灾的危险等级及其评价指标，建立与
之对应的经典域物元和节域来描述各危险等级与评
价指标的模型，然后确定待评价特征与各危险等级
之间的关联函数以及各评价特征的权系数，进而得
出待评价特征与各危险等级的优度，通过比较优度
的大小判断出煤矿发生火灾的危险等级，可更好地
指导煤矿安全生产。
2 可拓优度评价模型
2．1 评价指标及基本模型
2．1．1 评价指标
评价一个对象的优劣，首先要规定评价指标，优
劣是针对一定的标准而言的，不同的评价准则会有
不同的评价结果。所以，评价一个对象的优劣必须
反映出利弊的程度以及彼此可能的变化情况，这就
要求选取评价指标时要考虑评价的目的性、全面性、
可行性以及稳定性。
令评价指标SI={Js， ，s，2，⋯，．sL}，其中SIi=
(c ， )是特征元，c 是评价特征， 是数量化的量值
域， =(0 ，bi)，i=1，2，⋯ ，n。
2．1．2 确定经典域及节域
令Rj=( ，C， )=
(。1 ，b )
(02『，b2『)
(0 ，b )
●
：
式中： =1，2，⋯，m； 表示所划分的 个危险等级；
， ，
⋯
， 分别为zJ关于评价特征c ，c：，⋯，c 所
规定的量值范围，即经典域，且 =(0 ，6 )。
为了应用和研究的便利，设R。，R ，⋯ ，尺 为m
· 108·
个同征物元，即可建立m个同征物元尺 ，R。，⋯，R
的同征物元体，构成同征物元阵 。
为了表示评价特征c ，c ，⋯，C 的取值范围，引
入节域的概念，即：
Rp=(P，C， )=
P 。1 l。
C2
： ：
● ●
C
(口lp，b1P)
(。2p，b2P)
(口印，b印)
式中：P为火灾危险等级的全体； 表示P关于c 所
取的量值范围。
2．1．3 确定待评价物元
设待评价对象为t9 ，针对评价指标，把所检测
得到的各项数据或分析结果用物元 表示，称为待
评价物元。 的表达式如下：
Ro=(P0，C， )=
式中：P。表示火灾危险等级； 为Pn关于评价特征
c 的量值，即待评价煤矿中各评价特征检测所得到
的具体数值。
2．2 确定权系数
各评价指标S， ，|s，2，⋯ ，S， 对评价对象的重要
性是不同的，需要用权系数来表示各评价指标对于
评价对象的重要性程度。对于必须满足的指标，用
指数以来表示，对于其他评价指标，则根据重要程度
分别赋予[0，1]的值。权系数记为A=(A。，A：，⋯，
A )，其中，若A =以，则ΣA =1。如果存在必须满
k = l
≠ iO
足的指标未达标，则该煤矿的火灾危险性极其严重，
应立即采取相应的防灭火措施，否则随时有可能发
生矿井火灾。在此讨论的是除了必须满足的指标之
外，其他评价指标对矿井火灾的影响。
权系数的大小对于优度的高低有着举足轻重的
影响，不同的权系数会得出不同的结论，由此引起被
评价对象优劣顺序改变。为了尽量合理地确定权系
数，采用层次分析法来确定评价特征的相对重要性
次序，进而确定权系数。
第40卷第1期
2013年2月
矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．1
Feb．2O13
一【p( ， v,p )一P ( ， ) Vi
式中p(v ， )= 一(％ +bij)／2 (b 一0 )／2；
p( ， )= 一(0 +b )／2 l_(b 一(：tip)／2
(2)
2．5 计算优度及评价
优度是反映待评价对象对于不同危险等级的接
近程度，待评价对象P。对于 的优度可以由下式计
算，即：
c(zi)：ΣAik
i=1
(3)
c(z )为待评价对象各评价特征关于各火灾危
险等级的优度在考虑评价特征重要程度情况下的组
合值，表示评价对象P。属于火灾危险等级z 的程
度。若c(z0)=max{c(z ( =1，2，⋯ ，m)，则对
象 为较优，即评定待评价对象属于火灾危险等
级 。
3 可拓优度评价的实际应用
3．1 评价指标选择及火灾等级划分
通过分析矿井火灾的特点和发生条件，结合国
内外现有矿井火灾评价指标体系 J，并考虑评价方
法的通用性以及云南省某一煤矿的实际情况，提出
了矿井火灾评价指标，即SI={煤层地质赋存条件
s， ，煤层开采技术条件S，2，煤层自燃倾向性s ，通
风系统条件5厶，存在明火5 ，电气设备起火5厶，救
灾系统5，7，矿山管理水平S ，其他原因5，q}。根据
云南省煤监局的相关文件要求和该矿区火灾防治经
验，由各单因素评价特征将矿井火灾危险性分为
5个等级，即I级安全z 、Ⅱ级较安全z 、Ⅲ级一般
、Ⅳ 级较危险z 、V级危险Z ，如表1所示。
表l 矿井火灾危险分级
3．2 可拓优度评价模型建立
根据矿井火灾安全检查表的评分标准，计算出
该煤矿的各项评价特征的分数，如表2所示。
表2 评价特征得分
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C， C8 C9
根据矿井火灾危险性等级划分，建立物元经
典域：I级R 、1I级R2、IU级R3、1V级R 、V 级
R ，并组成同征物元体R以及节域R。与待评价物
元R0：
叫【 Z 3 Z 5J] =
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MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
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z z
C1 (90，100)
c2 (90，100)
c3 (90，100)
c (90，100)
C5 (90，100)
c6 (90，100)
C， (90，100)
C8 (90，100)
c。(90，100)
Z
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
(80，90)
Rp=(P，C， )：
R0=(Po，C， )=
Z1
(7O，80)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
(70，8O)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
(70，80)
P Cl
C，
C
Cd
C
C6
C，
C8
C9
Po Cl
z
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(60，7O)
(60，70)
(60，70)
(60，70)
(印，70)
(O，100)一
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)
(0，100)．
77q
C， 86
C 65
C4 82
c 9l
6 73
C， 8l
。8 74
C9 85
3．3 评价结果及分析
采用层次分析法确定出各个评价特征对于矿井
火灾危险的权系数，即A =0．014，A：=0．011，A3=
0．054，A4=0．096，A5=0．124，A6： 0．225，A7=
0．233，A =0．227，A =0．016。由各评价特征的权
系数大小可以看出：存在明火．s 、电气设备起火
|s 、救灾系统S 、矿山管理水平5， 所占的权重较
大，而存在明火和电气设备起火又是外因火灾的主
要原因，救灾系统与矿山管理水平又是影响矿井火
灾管理和救灾系统的因素，所以导致矿井火灾的主
要原因都与人的因素有关。将待评价特征的分数值
(见表2)代人式(1)一(2)，得出每个火灾危险等级
的关联度及规范关联度，最后按式(3)计算出各个火
灾危险等级的优度。将各个火灾危险等级的优度进
行比较，优度最大的火灾危险等级即为待评价煤矿
的火灾危险等级。计算结果如表3所示。
由表3可以看出，C(Z )=一0．718，C(Z：)=
一0．128，C( )=0．107，C(Z4)=一0．362，C(Z5)=
一0．585，所以c(zn)=max{C(z =c(Z3)=
0．107，即矿井火灾危险等级属于Ⅲ级一般，在生产
过程中应采取相关措施，以防火灾事故的发生。
4 结束语
将可拓优度评价法应用于影响因素较多的矿井
火灾评价中，确定了矿井火灾评价的经典域、节域以
及关联度、优度的计算方法，将多指标的评价归结为
单目标决策，并给出了定量的数值评价结果，可以较
好地解决矿井火灾评价中评价指标模糊、复杂的问
题，优度的值有正有负，反映了矿井火灾危险程度与
实际设计要求的吻合程度，具有实践意义。以云南
省某矿为实例，验证了可拓优度评价法在矿井火灾
表3 优度评价结果
· 110·
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、 、， 、， 、 、， 、， 、 、 、
．
{三； ∞ {三； {三； {三； {三； ∞ {三} {三；
．
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矿业安全与环保
MINING SAFETY&amp;amp; ENVIR0NMENTAL PROTECT10N
第40卷第1期
2013年2月
／0．278 0．341 0．262 0．073 0．046)
R=l 0．360 0．363 0．195 0．082 0．000 l
10．396 0．335 0．213 0．037 0．019 J
B= ·R一=fo．371 0．343 0．215 0．053
果，V

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