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基于AHP的煤炭自燃火灾危险性安全评价研究

文档作者：段军王录苹赵阳刘瑞冯纬文档来源：内蒙古科技大学		点击数： 150 1	更新时间： 2021年09月23日
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总第163期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2013．03．002
基于AHP的煤炭自燃火灾危险性安全评价研究
段 军，王录苹，赵 阳，刘 瑞，冯 纬
(内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头014010)
摘要：煤炭自然发火是井下常见的自然灾害之一，预防采煤工作面的自燃火灾是煤矿安全生产的重要工
作。文章基于AHP的理论基础，考虑影响葛亭煤矿采煤工作面安全性的指标因素，建立了采煤工作面煤
炭自燃安全评价指标体系，并对其进行了综合评价。根据评价结果提出了预防措施，从而为矿井防火的安
全管理和安全生产提供了理论依据。
关键词：安全评价；层次分析法；自燃火灾；预防措施
中图分类号：TD75 2．2 文献标识码：A 文章编号：1005-2798(2013)03-0003-03
Research of Security Assessment of the Spontaneous‘Combustion
Risk Based on Analytic Hierarchy Process
DUAN Jun，WANG Lu-ping，ZHAO Yang，LIU Rui，FENG Wei
(胁n Engineering Institute ofInner Mongolia University ofScience and Technology，Baotou 014010，China)
Abstract：Coal spontaneous combustion is one of the underground common natural disasters，to prevent coal mining face of safety pro—
duction in coal mine spontaneous fire is an important work today．Based on theoretical basis for AHP and talking all influencing factors
of the coal working face safety in getting mine，a safety evaluation system of coal spontaneous combustion for the coal working face was
established and then comprehensively evaluated．And the related preventive measures were showed according to the results of the assessment，
SO provide theory basis for safety management and safety production of fire protection in mine．
Keywords：safety evaluation；AHP；spontaneous combustion；preventive measures
煤矿井下自然发火是一种严重而且常见的自然
灾害，具有隐蔽性强，着火后发展迅速的特点，往往
会给煤矿造成不可估量的损失。近年来，随着安全
系统工程在煤矿生产系统中的应用和发展，安全评
价在煤矿安全管理中也显示出十分重要的作用，人
们对煤矿安全评价的研究越来越重视，并取得了许
多重要的研究成果。采煤工作面自燃火灾危险性安
全评价是研究自燃火灾发生的可能性，运用系统工
程的原理识别、分析和评价固有的或潜在的危险因
素。通过确定采煤工作面自燃危险性，指导自燃发
火预测预报和防灭火管理工作，使现场管理有针对
性的采取更合理和有效的防灭火措施，对确保工作
面的安全有效开采具有重要意义⋯。
1 矿井概况
葛亭煤矿是2001年投产的矿井，设计生产能力
6O万t／a，可采储量4 290万t，矿井服务年限51 a。
现开采的3号煤平均厚度8．03 in，属特低硫、特低
磷、低灰、高热发量、结焦性能好的气煤；首采工作
面为130采区的1301采煤工作面，埋藏深度为
240 nl，工作面走向长150 m，倾向长900 m，煤层平
均倾角8。，最大倾角21。，回采方法为倾向长壁后退
式俯采综放采煤法；矿井实际进风量为
3 800 in ／rnin，矿井有效风量率为86％ ，通风阻力为
810 Pa；矿井通风方式为中央并列抽出式，主立井为
提升兼回风，副立井进风，矿井主要通风机为BDK一
62N0．22对旋式通风机；矿井相对瓦斯涌出量为
0．825 Ill ／t，鉴定等级为低瓦斯矿井；煤尘爆炸指数
为40．54％，具有爆炸性；最短自然发火期34 d，属自
然发火矿井。矿井现装备KJ95安全监测系统1台，
MK一400型井下移动模分离制氮系统1套，KSS一
200束管色谱微机监测系统1套，地面灌浆系统
收稿日期：2012-12-04
作者简介：段军(1962一)，男，内蒙古凉城人，博士，教授，博士生导师，从事教学与科研工作。
3
2013年3月 段 军等：基于AHP的煤炭自燃火灾危险性安全评价研究 第22卷第3期
1套。
2 层次分析法简介
层次分析法(The Analytic Hierarchy Process，解
析递阶过程，简称AHP)是由美国运筹学家Saaty在
20世纪70年代提出的一种用于解决包含多项标准
时的复杂问题的方法。该方法是定性与定量分析相
结合的决策分析法，它将各种因素层次化，并逐层比
较关联因素，有效确定权向量，为分析和预测事物的
发展提供可靠的定量依据_2 J。
针对本层次中某个指标因素与其他有关指标因
素之间用其相对重要度进行比较，然后再用合适的
标度将这些重要性进行比较，并用数值表示出来，写
出矩阵形式即判断矩阵。判断矩阵中各元素的取值
和含义见表1。
表1 1～9标度的含义
序号
1
3
7
9
2，4，6，8
倒数
含义
表示2个元素相比，同样重要
表示2个元素相比，前者比后者稍重要
表示2个元素相比，前者比后者明显重要
表示2个元素相比，前者比后者特别重要
表示2个元素相比，前者比后者极端重要
表示上述相邻判断的中间值
若元素af与元素o 的重要性之比为A
则元素与元素n 重要性之比为A =1／A
通过计算，确定各指标因素的权重系数后，再进
行一致性检验，直到满足一致性的程度CR<0．1要
求为止，若CR30．1，应对判断矩阵做适当的调整。
3 采煤工作面自燃火灾危险性综合评价
3．1 评价体系建立
基于层次分析法的基本原理，通过对葛亭煤矿
1301采煤工作面可能造成自燃火灾的原因进行分
析，构建葛亭煤矿采煤工作面自燃火灾危险性安全
评价指标体系，见图1。
4
图1 采煤工作面自燃火灾危险性安全评价指标体系
3．2 权值的确定及一致性检验
1) 第一层指标权值的确定。根据层次分析法
的基本原理，建立一级指标的判断矩阵。矩阵中各
指标的权值通过专家调查并用AHP建立各层次的
判断矩阵分析后确定，判断矩阵取值见表2。
=竺 竺 竺 竺
用求和法求权值，按列归一化得到：
厂0．111 0．077 0．130-1
B=1 0．333 0．231 0．217 J，
L0．556 0．692 0．652_1
r_0·318]
= f 0．781 【- I归一化，求权值：W=(0．106
1．900j
0．260 0．634)
根据 A一= T(AW)i (1)
计算特征值，得到：
一 1 ／5]FO ．106]髑789／
=了1[‘ 0．320 ．+( )+(
U ．0
1．94
j斗
)]：
3．040，然后利用判断矩阵的一致性检验公式进行检
验：CR=CI／R1；CI=(A 一n)／(17,一1)=(A 一
式中：CR为一致性比列；CI为一致性指标；RI
为平均一致性指标，其数据如表3所示。
当CR<0．1时，可以认为是判断矩阵具有满意
的一致性。否则，就必须重新调整判断矩阵中的元
素直至判断矩阵具有满意的一致性为止。经计算该
矿的CR=CI／RI：0．020／0．52=0．038<0．1，因此
第一层指标权值具有满意的一致性。
2) 第二层指标权值的确定。同理可得：B (i
=1～3)对c =1～16)的构造矩阵，并对其进行一
致性检验，其结果如表4，表5和表6所示。
由此可以看出，所有判断矩阵的CR均小于
0．10，说明上述判断矩阵的层次单排序结果均具有
满意的一致性 。
2013年3月 段 军等：基于AHP的煤炭自燃火灾危险性安全评价研究 第22卷第3期
表4 B。对C。一 的判断矩阵及指标权值
B1-+c Cl C2 G3 C4 C5 C6 Wa A CR 3．3
表6 B3对C ：～C。 的判断矩阵及指标权值
C14 C15 Cl6
5 6 7
3 4 5
1 2 3
1／2 1 2
1／3 1／2 1
0．505
0．256
O．114
O．O76
0．049
Amax
5．137 O．031
Cl2
Cl3
C14
Cl5
C16
1
1／3
l／5
1／6
l／7
3
1
l／3
1／4
l／5
3) 层次总排序及总一致性检验。最底层各影
响因素c C 、⋯⋯、c 对最高层因素A(总目标)的
影响权重向量为：
Q=[g1，g2⋯ ．g16] 。 (2)
q =ckb (3)
k=1，2，3，4，5，6时，n=1；k=7，8，9，10，11时，
凡=2； =12，13，14，15，16时，n=3。
式中：Q为因素c。，c：，⋯，c 对最高层因素A
影响的权重向量；吼为因素c (k=1，2，3，⋯，16)
对最高层因素A影响的权重值；c 为因素c (k=
1，2，3，⋯，l6)对上一层B 影响的权重值；b 为因
素 (n=1，2，3)对最高层因素A影响的权重值。
针对葛亭煤矿由上式可得：Q=[0．049，0．027，
0．014，0．007，0．004，0．OO4，0．111，0．071，0．046，
0．020，0．013，0．320，0．162，0．072，0．048，0．031]
按照吼的大小，进行最底层因素C。、c ⋯G。 对
最高层因素A影响因素的总排序，从结果Q中可以
看出，管理人员的管理水平和重视程度c 防灭火
方面的安全投入c 漏风条件 ，防灭火方面规章
制度的落实情况c 和自燃区域密闭质量C。为相对
比较重要的因素，在采煤工作面自燃防治中应给与
足够重视。
总排序的随机一致性比率为：
3
ctA+Σ h
c尺s=—— }一=0．028 5

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