煤矿安全评价方法综述及发展趋势*

时间：2024-07-28

赵鹏飞

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650031)

0 引言

煤炭是我国的主要能源[1]，截至目前，全国共有8 000多座煤矿，煤炭年产量接近40亿t；在未来几十年的能源供给体系中，煤炭将依旧保持一次能源的主体地位。因此煤矿安全生产关系到煤炭工业的可持续发展和国家的能源安全。

煤炭工业发展迅速，但同时也伴随着很大风险。2001-2016年，我国各生产领域共发生128 起特别重大事故，其中煤矿生产领域便有67 起[2]。为了减少煤矿生产过程中的安全事故，应及时采取预防措施，加强煤矿安全基础工作，而安全评价是其中一项极为重要的内容。我国在煤矿安全评价方面的研究已经取得不少成果，本文就煤矿安全评价方法进行综述，并对煤矿安全评价方法的发展趋势作出展望。

1 煤矿生产安全评价概述

1.1 安全评价的定义

安全评价主要以系统工程理论为基础，运用不同的评价方法定量或定性地对评价对象存在的危险因素和有害因素进行识别、分析和评估，通过分析结果给出可行的、合适的安全对策。

1.2 影响煤矿生产安全的因素

煤炭产业的蓬勃发展使得煤炭企业的数量和煤炭产量都在逐年上升，安全事故的数量也随之增加。产生事故的原因是多方面的，就现场环境而言，地形地貌、煤层开采条件、瓦斯含量都会对煤炭开采工作产生巨大影响，但更主要的影响因素是管理制度、员工业务能力、设备技术的可靠程度等。煤矿安全评价对象及方法见表1。

表1 煤矿安全评价对象及方法

1.3 煤矿安全评价方法

我国煤矿企业采用的安全评价方法主要有安全检查表法、事故树分析法、模糊综合评价法、灰色关联分析法等。随着计算机技术的迅速发展，神经网络技术开始应用于煤矿安全评价中。近年来多采用定量方式，经数学模型运算，得到各个评价指标的影响程度及权重，再通过调整权重来确定评价对象是否处于安全状态。以下分别介绍近几年在煤矿生产中应用较为广泛的评价方法。

1.3.1 模糊综合评价方法

该方法主要以数学模糊理论为基础，综合考虑多个因素，对被评价事物隶属等级进行综合性评判。

该方法的优势在于层次性和系统性强，评价结果可以量化，适合非确定性问题。但也存在主观性过强、需要确定隶属函数、存在一定风险等缺点。王旭等[18]使用模糊数学理论对煤矿进行了安全评价，发现此方法可以在数据不充分的条件下降低一般评价方法的主观性，体现评价因素和评价过程的模糊性，能客观地评定煤矿的安全状况。也有学者将模糊方法与其他方法相结合[19]，以降低模糊评价的主观性，使评价过程更为客观。

1.3.2 结合TOPSIS法的评价方法

TOPSIS法是一种有限方案多目标决策分析方法。在煤矿安全评价过程中，许多学者在进行指标权重计算后多应用TOPSIS法构建相应的模型并通过此方法进行安全评价。

TOPSIS法易于理解，计算快捷，适用于多目标决策问题，但如果信息不全，则该法在评价过程中会存在一定的主观性，不能正确决策。因此在使用该法的过程中需不断改进并与其他方法相结合，以尽可能提高其适用性。贾宝山等[20]将层次分析法(AHP)与TOPSIS法相结合，基于AHP法确定了各层指标的重要度，同时利用TOPSIS法确定了矿井安全现状等级。

1.3.3 神经网络技术

随着计算机技术的发展，许多学者将人工神经网络技术应用于煤矿安全评价中，弥补了传统方法计算能力的不足，可以得到较为准确的评价结果，并且能提高安全评价的效率。

神经网络理论在煤矿安全评价中的应用已非常广泛，众多学者使用该方法对煤矿进行了安全评价并取得了良好的效果[21-22]，其优缺点非常明显：①优点是计算能力强，降低了人工评价带来的人为因素的影响，评价结果更客观准确，能够实现静态或者动态的安全评价；②缺点是运算速度较慢，当数据较多且分散时系统易瘫痪，需要采集大量数据样本和具有丰富的经验，易陷入局部最优，使得全局最优解无法收敛。因此也有学者结合神经网络及其他方法对煤矿进行安全评价，如层次分析法、组合赋权[23]等。杨力等[24]将支持向量机(Support Vector Machine，SVM)算法用于煤矿安全评价中，此方法需要的样本数量少且具有分类能力强、泛化能力强、计算速度快等特点，弥补了BP神经网络的不足。其他如遗传算法、极限向量机算法、竞争神经网络等方法在煤矿安全评价中亦有应用。

1.3.4 其他评价方法

模糊评价、TOPSIS、神经网络都是近几年使用较多的安全评价方法，除此之外，还出现了其他定量方法：汪刘凯等[25]采用层次聚类分析法为煤矿本质安全提供了决策依据；邹德均等[26]利用风险评估法对煤矿安全风险进行了评估。

2 煤矿安全评价的发展趋势

随着计算机及统计学的发展，曾经难以获取的指标或未曾发现的指标被引入新的指标体系中，使新的评价体系拥有更为丰富的数据。评价体系指标主要反映煤矿生产过程中产生的变化，如何使指标更加合理、更加贴近实际，尚需进一步研究。随着仿真技术的发展，模拟矿井生产的复杂环境可以为煤矿安全评价提供更为精确的模型，将仿真技术应用于煤矿安全评价将成为未来的发展趋势。