礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法及發(fā)展趨勢.doc

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行業(yè)資料：________ 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法及發(fā)展趨勢 單位：______________________ 部門：______________________ 日期：______年_____月_____日 第 1 頁 共 12 頁 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法及發(fā)展趨勢 引言 由于我國煤炭分布范圍廣泛，埋藏地形復(fù)雜，煤炭生產(chǎn)一直受到瓦斯、水害、火災(zāi)、煤塵及頂板等災(zāi)害的威脅，雖然采用各種措施抑止事故的發(fā)生，百萬噸死亡率正逐年下降，但我國目前煤礦安全生產(chǎn)仍面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，與發(fā)達國家的差距很大，事故總量和死亡人數(shù)均遠高于其他主要產(chǎn)煤國家。礦井通風(fēng)是礦井安全工作的基礎(chǔ)，是稀釋和排除礦井瓦斯與粉塵最有效、最可靠的方法，也是創(chuàng)造良好勞動環(huán)境的重要途徑，而合理的通風(fēng)又是抑制煤炭自燃和火災(zāi)發(fā)展的重要手段。 評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性的目的在于及時發(fā)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題和安全隱患，調(diào)整和改造系統(tǒng)；優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計，準確編制應(yīng)急預(yù)案，指導(dǎo)通風(fēng)安全管理。因此，準確地對礦井通風(fēng)系統(tǒng)作出科學(xué)合理的評價、發(fā)現(xiàn)存在的事故隱患并及時處理以抑止事故的發(fā)生成為防范的關(guān)鍵。 對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評價可采用安全檢查表和專家打分法。安全檢查表屬于定性評價，不能對整個系統(tǒng)的安全性給出確定的結(jié)果，專家打分法雖然屬于定量評價，但專家各自的權(quán)重很難確定，操作起來也較為困難。該類方法作為安全管理的手段之一是可行的，但是作為對系統(tǒng)危險程度的評價，以各指標的得分值作為評價依據(jù)，主觀性比較強，多人評價時結(jié)論難收斂，評價結(jié)果不統(tǒng)一，其結(jié)果缺乏說服力。 隨著礦業(yè)的發(fā)展，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行安全評價也得到了人們的關(guān)注，國內(nèi)學(xué)者對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評價方法及評價標準作了大量的研究，提出了多種多樣的評價方法。筆者在總結(jié)國內(nèi)研究成果的基礎(chǔ)上，介紹常用的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法，并對其進行分析和探討。 1礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法 1.1模糊綜合評價 模糊綜合評價最早是由我國學(xué)者汪培莊教授提出的，是指對多個涉及模糊相關(guān)因素影響的事物或方案進行總評決策的方法，能很好地解決在生產(chǎn)和生活中存在的大量內(nèi)涵和外延都不明確的模糊概念，并用定量的方式表達出來，提高定性評價的客觀性。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價中常常采用模糊綜合評價。 模糊綜合評價方法對多因素、多層次的較復(fù)雜問題進行模型的建立和評價，實現(xiàn)指標定性和定量有效結(jié)合，解決判斷的模糊性和不確定性，克服傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法中“惟一解”的弊端，方法簡單、容易掌握，適應(yīng)性廣。缺點是不能解決評價指標間相關(guān)造成的信息重復(fù)問題，各因素權(quán)重帶有一定主觀性，多目標模型確定隸屬度繁瑣。 1.2層次分析法 層次分析法是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂(T.L.Saaty)于1973年提出的，xx年引入國內(nèi)。該方法建立在系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)上，在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析后，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而求解多目標、多準則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題。 層次分析法能夠統(tǒng)一處理評價中的定性與定量因素，具有實用性、系統(tǒng)性、簡潔性等優(yōu)點，因而，在礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價中得到應(yīng)用。 1.3灰色關(guān)聯(lián)度分析法 灰色理論是我國學(xué)者鄧聚龍教授于xx年首創(chuàng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用并取得較大成果?；诨疑到y(tǒng)理論評價方法主要有灰色關(guān)聯(lián)度分析法和灰色聚類分析法。 灰色關(guān)聯(lián)度分析法的基本思想是根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)過程發(fā)展態(tài)勢，即有關(guān)數(shù)據(jù)的幾何關(guān)系及其相似程度來判斷其關(guān)聯(lián)程度，認為數(shù)據(jù)列所構(gòu)成的曲線形狀越接近，則變化態(tài)勢越接近，關(guān)聯(lián)度越大。灰色關(guān)聯(lián)分析法能夠處理信息部分明確、部分不明確且相關(guān)性大的系統(tǒng)，客觀給出評價對象所屬等級。物理概念清晰、直觀，計算簡單。 1.4未確知測度理論的評價方法 未確知測度理論是研究未確知信息的一種數(shù)學(xué)方法，用未確知集合描述“不確定性”或“邊界不清”現(xiàn)象，滿足非負有界性、可加性、歸一性等測量準則，并提供比較合理的置信度識別準則。未確知測度理論的關(guān)鍵在于根據(jù)背景、領(lǐng)域知識、實測數(shù)據(jù)及決策者的經(jīng)驗去構(gòu)造合理的未確知測度函數(shù)。 在礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價中存在有模糊信息和灰信息，受主客觀條件的限制、知識的缺乏，決策者得到的信息通常具有不完整性、不確定性，必然存在大量的未確知信息，因此，未確知測度理論也進行了應(yīng)用。 1.5人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)起源于20世紀40年代，以xx年首屆國際人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會議為開端，迅速在全世界范圍內(nèi)掀起了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究應(yīng)用熱潮，在各學(xué)科領(lǐng)域得到了很大發(fā)展和應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能的一種技術(shù)系統(tǒng)，是一種大規(guī)模并行的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，是人工智能的一個前沿研究領(lǐng)域。圖1為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，其中“○”表示一個神經(jīng)元，又稱處理單元或節(jié)點。 各個神經(jīng)元之間互相連接形成一個網(wǎng)絡(luò)拓撲，網(wǎng)絡(luò)不僅有輸入層節(jié)點，輸出層節(jié)點，而且有隱含層節(jié)點(可以是一層或多層)。輸入信號先向前傳播到隱含層節(jié)點，經(jīng)過作用函數(shù)后，再把隱含層節(jié)點的輸出信息傳播到輸出層節(jié)點，最后給出輸出結(jié)果。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和大規(guī)模并行處理信息的能力，能自行領(lǐng)悟訓(xùn)練樣本的內(nèi)在規(guī)律，并把這些規(guī)律存儲于網(wǎng)絡(luò)之中。 影響系統(tǒng)安全性的基本因素多，關(guān)系復(fù)雜，數(shù)據(jù)干擾大，因素測度難以確定，將高度非線性的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于系統(tǒng)安全分析評價，通過不同層之間神經(jīng)元之間的學(xué)習(xí)、組織和推理，以網(wǎng)絡(luò)輸出層的評價模式作為分析評價的結(jié)果，為系統(tǒng)安全分析與評價提供了新思路。 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法充分運用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性、容錯性、自學(xué)習(xí)及實時處理等特點，解決了礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價的非結(jié)構(gòu)性問題。該方法具有較強的學(xué)習(xí)和聯(lián)想功能，人工干預(yù)少，精度較高，能夠“提煉”評價對象本身的客觀規(guī)律進行對相同屬性評價對象的評價。 2評價方法的綜合集成 綜合集成的評價方法是將兩種或兩種以上的方法加以改造并結(jié)合，以便在評價方法中能考慮到更多的評價因素，綜合利用各種方法所提供的信息，從而盡可能地提高評價水平和精度，使評價結(jié)果更客觀。對同一評價問題，不同的評價方法提供不同的有用信息，而且每一種方法都有自己固有的缺陷，把多種評價方法進行適當組合，有利于彌補這些缺陷，使評價結(jié)果更為精確。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價屬于多屬素綜合評價范疇，不少學(xué)者在安全評價過程中，為克服單一數(shù)學(xué)模型存在的缺陷，在綜合各方法優(yōu)點基礎(chǔ)上，相繼開發(fā)了多種方法相結(jié)合的復(fù)合評價模型。 2.1層次分析法、模糊理論與灰色理論結(jié)合 在評價過程中經(jīng)常會遇到定性指標和定量指標混合的情況，為了使評價更加精確就需要注意定性指標量化的問題，這就使得單一的評價方法必須在指標量化方面作出改進。灰色多層次評判方法能夠比較容易地定量描述評價分級的模糊界限。同時，通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠性決定于多項指標，各指標可分為若干個層次，當評判對象的各指標之間由不同的層次結(jié)構(gòu)時，就必須進行多層次綜合評判。 多層次評判是在單層次綜合評判的基礎(chǔ)之上進行的，其評判方法相似，但在處理數(shù)據(jù)方面不相同，第一層次的數(shù)據(jù)完全借助于第二層次的數(shù)據(jù)，不需再進行數(shù)據(jù)的無量綱化處理。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響因素具有模糊性、灰色性和層次性，將模糊綜合評判、灰色系統(tǒng)理論和層次分析法有機地結(jié)合起來，提高了評價結(jié)果的可靠性和準確性。 2.2模糊理論、粗糙集理論與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合 模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近年來人工智能研究較為活躍的兩個領(lǐng)域。模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法是基于BP算法發(fā)展起來的，引入模糊數(shù)學(xué)、遺傳算法等，匯集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論的優(yōu)點，集學(xué)習(xí)、聯(lián)想、識別、自適應(yīng)及模糊信息處理于一體，將技術(shù)方法應(yīng)用到綜合評價領(lǐng)域，方法更加靈活、智能化。 波蘭學(xué)者Z.Pawlak于xx年提出的粗糙集(RoughSet，RS)理論是一種處理含糊性、不完整數(shù)據(jù)、不精確知識、不確定性問題的數(shù)學(xué)工具。相對于概率統(tǒng)計、模糊集等數(shù)學(xué)工具而言，粗糙集理論有這些理論不具備的優(yōu)越性。粗糙集理論能從各種不完備信息中發(fā)現(xiàn)隱含的知識，揭示潛在的規(guī)律，基于不可分辨的思想和知識約簡的方法，去掉決策表中的冗余屬性，化簡后的決策表具有與化簡前的決策表相同的功能，但化簡后的決策表具有更少的條件屬性，同樣的決策可以基于更少量的條件。 3存在的問題 1)評價因素中各指標在評價過程中的權(quán)重確定，是安全評價的核心，權(quán)重確定正確與否，直接影響到安全評價結(jié)果的置信度。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是人－機－環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，礦井生產(chǎn)過程中存在的許多問題都是非線性的，變量之間的關(guān)系復(fù)雜，評價指標體系的建立也十分復(fù)雜，難以用確切的數(shù)學(xué)方程來描述，屬于典型的非線性動力學(xué)系統(tǒng)。 由于井下系統(tǒng)有限空間及其空間動態(tài)變化等特性，礦井通風(fēng)系統(tǒng)具有復(fù)雜、多變、隨機等內(nèi)涵明確、外延模糊的特點，表現(xiàn)出極為明顯的非線性動力學(xué)特性。因此，無論是傳統(tǒng)的分析方法，還是模糊、灰色等綜合評價方法，都沒有很好地解決評價指標體系及權(quán)重的確定問題。由各種模型計算出的安全指數(shù)至今沒有統(tǒng)一的標準與方法，在安全等級的劃分上存在著隨意性，這使得評價結(jié)果的任意性很大。 2)對一個復(fù)雜對象的評價，由于各種評價方法的機制不同、方法的屬性層次相異，以及受所遴選的專家群和描述被評價對象特征的指標體系的影響，多種評價方法對同一資料的評價結(jié)果、排序結(jié)果之間可能存在較大差異。 評價方法的綜合集成無疑是很好的探索性研究，但它們并沒有從方法論角度解決評價結(jié)論的非一致性問題。因此，評價結(jié)論的非一致性是目前安全評價研究領(lǐng)域一個亟待解決的問題。 3)多數(shù)學(xué)者在評價方法的研究上都遵循著一種思路，即針對某類問題構(gòu)造出一種新的方法，然后用一個例子來說明其方法的有效性，理論研究與實際應(yīng)用存在差距。絕大多數(shù)評價方法缺乏相應(yīng)的軟件系統(tǒng)支持，使得很多工作者望而生畏，嚴重阻礙了評價方法的推廣。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，特別是數(shù)學(xué)方法和計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如何將安全評價理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)以及現(xiàn)代計算機應(yīng)用技術(shù)有機結(jié)合，研究開發(fā)普適性的評價軟件系統(tǒng)，仍然是期待解決的問題。 4發(fā)展趨勢與展望 安全評價理論和技術(shù)作為一門交叉學(xué)科，涉及自然科學(xué)、社會科學(xué)、管理科學(xué)以及工程技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域，包含深刻的科學(xué)問題和巨大的理論和實踐創(chuàng)新空間。在未來的發(fā)展階段，安全評價理論和技術(shù)，特別是礦井安全評價技術(shù)，將得到充分的發(fā)展和完善。并逐步在行業(yè)和社會得到普遍的推廣和使用。 1)加強科學(xué)合理的評價指標體系的研究 礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個動態(tài)的、隨機的、模糊的、復(fù)雜的大系統(tǒng)，要科學(xué)合理地對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行評價，必須確定能夠確切地反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)實際狀況的參數(shù)指標，建立一個科學(xué)合理的評價指標體系。評價指標太多，可能過分增加評價指標結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和評價的難度，而且掩蓋了主要的關(guān)鍵因素；評價指標過少，評價過程雖然簡單易行，但難以全面反映評價對象的客觀狀況。 指標體系應(yīng)能全面地反映被評價對象的綜合情況，從中抓住主要因素，既能反映直接效果，又要反映間接效果，以保證綜合評價的全面性和可信度；定量指標與定性指標結(jié)合使用，既可使評價具有客觀性，便于數(shù)學(xué)模型處理，又可彌補單純定量評價的不足及數(shù)據(jù)本身存在的某些缺陷；指標體系應(yīng)使礦井通風(fēng)系統(tǒng)達到技術(shù)可行、安全可靠和經(jīng)濟合理的目標。 2)開展基于方法集的綜合集成評價的研究 方法集是指能獨立完成對對象進行評價的方法的全體。基于方法集的綜合評價方法是在評價的基本原則指導(dǎo)下，根據(jù)一定的準則和規(guī)則從基本評價方法集中抽取若干方法，通過適當?shù)哪Ｐ?，將它們綜合為一種評價模型對評價結(jié)果進行優(yōu)化組合的全過程。對于評價指標權(quán)重的確定以及多方法評價結(jié)論的非一致性問題，可以通過尋求有效方法的綜合集成來解決。 3)引入交叉學(xué)科理論進行綜合研究 隨著井下生產(chǎn)動態(tài)推進，在時間和空間上始終處于復(fù)雜的變化之中，危險性隨時間和空間的推移而變化，危險程度和危害程度的發(fā)展是動態(tài)的，礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個多環(huán)節(jié)、非線性、動態(tài)性和模糊性的復(fù)雜關(guān)聯(lián)大系統(tǒng)，必須引入交叉學(xué)科以及新理論和新方法進行綜合性研究。 應(yīng)用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)等對礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價將是今后的發(fā)展方向。 4)建立綜合集成評價的決策支持系統(tǒng) 由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價的“軟”科學(xué)性。對于礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價中的許多不確定因素的考慮，有必要針對礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價問題建立起專家系統(tǒng)，更好地為安全評價服務(wù)。 將多方法組合、交互式思想同先進的技術(shù)方法綜合起來構(gòu)成集成式智能化交互式評價支持系統(tǒng)，應(yīng)用綜合評價對象集、評價目標集、評價方法集，以及知識工程、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論、非線性理論等，將現(xiàn)代計算機科學(xué)等先進技術(shù)與基礎(chǔ)理論融于一體，形成“人－機－環(huán)境－評價對象”一體化模式，使評價工具具備通用性、規(guī)范性、智能性、交互性等特征。 5結(jié)論 安全評價是一項改善工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)與管理現(xiàn)狀、建立安全生產(chǎn)長效機制的手段，是一項持續(xù)改進，不斷提高和完善的長期工作。對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)有的安全狀況、動態(tài)分析以及礦井安全性未來科學(xué)、準確的預(yù)測，是安全評價理論與技術(shù)研究的重要內(nèi)容，也是安全管理過程必須解決的課題。通過對礦山通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法及其發(fā)展趨勢的研討，可以有以下幾點結(jié)論： 1)礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個多環(huán)節(jié)、非線性、動態(tài)性和模糊性的復(fù)雜關(guān)聯(lián)大系統(tǒng)，具有復(fù)雜、多變、隨機等內(nèi)涵明確、外延模糊的特點，安全評價必須引入非線性科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)等交叉學(xué)科以及新理論和新方法進行綜合性研究。 2)加強科學(xué)合理的評價指標體系的研究。指標體系應(yīng)能全面準確地反映被評價對象的綜合情況，定量指標與定性指標結(jié)合使用，既使評價具有客觀性，便于數(shù)學(xué)模型處理，又彌補單純定量評價的不足及數(shù)據(jù)本身存在的某些缺陷；指標體系應(yīng)使評價對象達到技術(shù)可行、安全可靠和經(jīng)濟合理的目標。 3)各種評價方法的機制不同、方法的屬性層次相異，受所遴選的專家群及描述被評價對象特征的指標體系的影響，使得多種評價方法對同一資料的評價結(jié)果可能存在較大差異。開展基于方法集的綜合集成評價的研究，通過尋求方法的綜合集成來有效解決對于評價指標權(quán)重的確定以及多方法評價結(jié)論的非一致性問題。 4)建立綜合集成評價的專家系統(tǒng)和決策支持軟件系統(tǒng)，形成“人－機－環(huán)境－評價對象”一體化模式，使評價工具具備通用性、規(guī)范性、智能性、交互性等特征。 第 11 頁 共 12 頁 行業(yè)資料 本文至此結(jié)束，感謝您的瀏覽! （資料僅供參考） 下載修改即可使用 第 12 頁 共 12 頁