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模糊综合评价在露天矿山安全评价中的应用

文档作者：张津嘉文档来源：昆明理工大学国土资源工程学院		点击数：	更新时间： 2021年05月23日
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第2O卷第1期
2011年3月
矿 冶
MINING ＆ METALLURGY
Vo1．20，No．1
March 2011
文章编号：1005—7854(2011)01—0024—04
模糊综合评价在露天矿山安全评价中的应用
张津嘉
(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093)
摘 要：结合工程实践建立了露天矿山安全评价指标体系，确定了体系层次结构，运用层次分析法合
理地确定各指标的权重，并运用模糊数学方法分别对露天矿山的各个单因素评判和整体综合评判，得到
的结果直观、科学、合理、可靠，可在了解系统各个因素安全状况的同时，掌握系统整体安全状况，具有实
际应用价值。
关键词：露天矿山；层次分析法；模糊综合评价；安全评价
中图分类号：TD76 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1005—7854．2011．01．006
APPLICAT10N OF FUZZY SYNTHETIC APPRAISAL 0N
SAFETY ASSESSMENT IN OPEN —PIT MINE
ZHANG Jin-jia
(Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China)
ABSTRACT：According to engineering experience，this paper establishes the safety evaluation index system for the
open—pit mine，and determines the system level structure．The weight of each index is decided reasonably by the ana—
lytic hierarchy process(AHP)．The whole synthesis judgment of four single factors of open—pit mine by the fuzzy
mathematics method separately is done．The result is direct—viewing，scientific，reasonable and reliable for understanding
safety condition of each factor of the system ，to know the overall safety condition of the system ，has the
practical application value．
KEY W ORDS：open-pit mine ；analytic hierarchy process ；fuzzy synthetic appraisal；safety assessment
我国的矿山企业在国民经济中具有重要的基础
地位，矿山安全是矿山企业健康、可持续发展的关键
问题，也是目前急需解决的难题之一。为了预防矿
山事故的发生，结合露天矿山的实际情况建立了露
天矿山安全评价指标体系，确定了体系层次结构，运
用层次分析法合理地确定各影响因素的权重，引入
模糊综合评价方法，从而对多因素进行定量评价与
决策，根据评价结果可使矿山的技术和管理部门有
针对性地采取措施，达到安全生产的目的，提高露天
矿山的安全作业水平。
收稿日期：2010—05～26
作者简介：张津嘉，研究生，专业为安全技术及工程，主要从事矿
山安全方面研究。
1 建立评价体系
露天矿山安全评价指标体系的建立是整个矿山
安全评价工作中重要的组成部分，它决定着评价结
果对现状的反映程度，即评价结果的科学、客观程
度⋯ 。因此对云南露天矿山进行大量调查和根据
相关文献资料分析统计事故案例，应用模糊数学原
理和模糊决策理论将露天矿山安全评价体系对安全
管理、安全教育、矿山工程现状、环境等四个方面进
行分析与判断，确定各因素对系统安全影响的权重，
运用数学模型进行定量的综合评价，见图1。
张津嘉：模糊综合评价在露天矿山安全评价中的应用 ·25·
图1 露天矿山安全评价指标体系
Fig．1 Index system of safety assessment for the open pit mine
2 建立因素集和评语集
应用模糊数学原理 。 建立单因素集决定型一
级评价，然后在此基础上进行二级评价，依次类推最
后得到整个系统的安全等级。根据图1建立露天矿
山模糊评价集合，用u 表示各评价因素， 表示各
种可能的总评价结果，则图1所示露天采石场安全
评价体系的因素集和评语集表示为：
因素集U ={u。，u ，“ 一，M ) (1)
评语集V={ 。， ， 一， ) (2)
式中：n为评价因素个数，m为评语集个数。
根据定性和定量的安全衡量标准，相关专家通
过对大量露天矿山调查分析一般认为评语集分为以
下几个等级：
V= (安全)， (较安全)， (一般)， (较
危险)， (危险)} (3)
通过模糊映射-厂：由(1)到(2)可以得到一个模
糊矩阵，即
R =(r ) (4)
式中：r 是指U中的因素隶属于 的程度，因素隶
属于哪个等级就赋予值为1，否则赋予值为0。如果不
是很确定的隶属于哪个等级，也可以根据经验取[0，1
]之间的任意一个数来定量地刻画模糊事物。
3 确定权重
权重是指该指标在整个评价体系中的相对重要
程度。它代表在评价过程中，是被评价对象的不同
侧面的重要程度的定量分配，对各评价因素在总体
评价中的作用进行区别对待。权重分配是整个综合
评判的“灵魂” ，权重对最终的评价结果会产生很
大的影响。因此，根据露天矿山的实际情况，运用层
次分析法合理地确定各影响因素的权重。
3．1 层次分析法原理
层次分析法 (Analytic Hierarchy Process简称
AHP)是一种定性和定量相结合，将人的主观判断用
数量形式表达和处理的方法，此方法尽量减少人的
主观判断，使评价的结果更可信。
通过分析复杂系统所包含的因素及其相互关
系，将问题条理化、层次化，构造一个层次分析结构
模型，本文的层次结构模型如图1所示。将每一层
次的各要素两两比较，根据表1 。 的标度理论，得到
相对重要程度的比较标度并建立判断矩阵，计算判
断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量，得到各
层次要素对上层次某要素的重要性次序，从而建立
权重向量。表2为判断矩阵次要标度及其含义。
表1 判断矩阵重要标度及其含义
Table 1 The ma jor scale and significance of山e judgment matrix
标度 含义
1 表示两个元素相比，具有同样重要性
3 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素稍微重要
5 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素明显重要
7 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素强烈重要
9 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素极端重要
2、4、6、8 表示上述两相邻判断的中值
表2 判断矩阵次要标度及其含义
Table 2 The minor scale and significance of the
judgment matrix
标度 含义
1／3 表示两个因素比较，一个因素比另一个因素稍次要
1／5 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素次要
1／7 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素次要得多
1／9 表示两个元素相比，一个因素比另一个因素极为次要
1／2、1／4、
1／6
‘
、l／8
‘ 表示上述两相邻判断的中值
矿 冶
3．2 根据标度理论构造判断矩阵
系统模糊安全评价判断矩阵可根据表1所示的
萨蒂的1～9标度法建立。1～9标度法是相关的专
家、工程师及工程技术人员根据一些客观事实、一定
的科学依据及经验制定的。该理论在对两两危险因
素(元素)进行比较时，根据其相对重要性大小，将
重要性分为9级。当判别事物(危险因素)在质的
方面不同时，即同样重要、稍微重要、明显重要、强烈
重要、极端重要，其标度值依次为1，3，5，7，9；当
介于两者之间时取标度值依次为2，4，6，8，如表1
所示，根据此原则和因素集(1)得到每一级的判断
矩阵如下：
A =
⋯ O 1
‘一0,2
n
● ●
⋯ 0nn
(5)
判断矩阵(5)有如下的特征：n =1，。 =一1，
“ J‘
，
口 = (k = 1，2，⋯ ，n)。
酊
3．3 方根法计算因素权重值⋯
矩阵(5)理论上具有唯一最大的特征值，但实
际上对矩阵A很难求其精确的特征值和特征向量。
因此，本文采用分根法求其近似的最大特征值和特
征向量，得出：
W ：(W ，W2，W，，⋯ ，W ) (6)
式中：W是评价因素的特征向量，也就是它的
权重分配，具体计算方法如下：
(1)求判断矩阵A各行元素之积M
= 兀n (7)
(2)然后计算 的n次方根
= (8)
(3)对W；进行归一化得到所求的特征向量
W 一 (9)
Σ 。
(4)求出最大的特征根A⋯
= 毫 ，
(5)一致性检验：
① 计算一致性指标CI：CI： (11)
② 找出相应的平均随机一致性指标RI
③ 计算随机一致性比例CR：CR=雨CI
， (12)
当CR <0．1时，可认为判断矩阵赋值合理，否
则对A作修正。表3为平均随机一致性指标。
表3 平均随机一致性指标
Table 3 Average random consistency index
4 综合评价矩阵
4．1 一级模糊综合评价矩阵
根据计算得到的权重 和模糊矩阵(4)得到
一级综合性的评价矩阵 ：
B =W ·R = (b ，b：，b3，b ，b ) (13)
根据最大隶属度原则，矩阵(13)中最大值所对
应的那个等级就是它的安全程度。
4．2 二级模糊综合评价矩阵
用一级评价的结果日i构成二级的R，作为二级
评判矩阵的单因素评判集，于是有二级综合评判：
B = W ·R (14)
5 计算模糊综合决策值
对模糊综合评价得到的曰值进行量化处理，将
各个等级转化为记分制。按百分制定量评价该露天
矿山的安全等级：100～85分很好、84～70分好、69
～ 55分一般、54～40分差。
N ：B ×C (16)
式中：B 一表示对曰值的归一化；C 一表示百
分制定量评价安全等级。
6 实例应用
云南省建水地区某露天矿始于1958投产，采
用露天开采，年生产规模6万t，根据现场调查和相
关资料的收集与分析，应用露天矿山安全评价指标
张津嘉：模糊综合评价在露天矿山安全评价中的应用
体系对该矿露天开采部分作为研究对象来进行模糊 全管理两两比较判断矩阵及权重的确定。
综合评价在露天矿山安全评价中的应用。表4为安
表4 两两比较判断矩阵及权重的确定
Table 4 Compare pairwise the judgment matrix and determine the weight
根据表4所得的判断矩阵A的值，运用公式
(7)，(8)，(9)得到的特征向量 的值如表4所示。
根据公式(10)，可得其最大特征根A⋯ =4．143，根
据公式(1 1)可得到CI：0．048，根据表3和公式
(12)可得到CR =0．05 <0．1，所以，判断矩阵可以
接受，求得的权重可以使用。同理可以得到其它因
素的权重，则整个矿露天开采部分各层因素的权重
值如下所示。
安全管理因素权重：
W = (0．243，0．501，0．172，0．084)
安全教育因素权重：
W2=(0．408，0．236，0．133，0．223)
安全施工因素权重：
W = (0．286，0．312，0．243，0．072，0．187)
安全环境因素权重：
W4= (0．332，0．．247，0．265，0．156)
整个露天矿山因素权重：
W = (0．283，0．142，0．536，0．039)
根据公式(4)，(13)，可以得出安全管理因素的
模糊综合评价矩阵曰 如下：
Bl= W1·Rl=
0．243
0．501
0．172
0．084
1 0 0 0 0
0 1 0 0 0
0 l 0 0 O
0 0 1 O 0
(0．243 0．673 0．172 0 0)
同理可以得到：
B。： (0．408 0 0．369 0．133
B = (0．598 0．430 0．072 0
B = (0．488 0 0．512 0．247
由此可以得到第二级的模糊矩阵
R =
B1
B2
B3
B4
0．243
0．408
0．598
0．488
0．673
0
0．430
0
0．172
0．369
0．072
0．512
所以第二层的模糊综合评价级为
0)
0)
0)
0
0．133
0
0．247
B = W ·R = (0． 466 0．421 0．159 0．058 0)
对B进行归一化处理
B， ： f 0—
． 4
—
66 0
—
． 0
—
58
＼1．104 1．104 1．104 1．104
(0．422 0．38l 0．144 0．053 0)
0)=
按照最大隶属度原则，上述结果表明该矿实际
安全状况为安全级，该矿的整体安全状况还比较理
想，但是也不能掉以轻心。
该矿露天开采部分模糊综合决策值为
Ⅳ ： B，× C ：
(0．422 0．381 0．144 0．053 0)
95
85
70
60
45
= 85．73
从最后综合评价得分N =85．73，可知该矿露
天开采部分的综合安全评价等级为“很好”。
7 讨论
(1)利用模糊综合评价模型进行安全评价时，
充分考虑了评价的不确定性、不精确性、模糊性，模
糊综合评价的结果与实例的露天矿山安全等级之问
具有较好的一致性，表明该方法具有一定的可行性
和参考价值。
(2)运用模糊数学和模糊综合评价理论进行矿
山安全评价的重要前提是确定科学合理的矿山安全
评价指标体系，但目前矿山安全评价指标仍没有统
一的划分标准，应该加强矿山安全标准化工作。
(3)模糊综合评价理论对矿山的安全评价为安
全生产提供了有力的依据，但是无法避免单因素决
策的片面性和人们主观认识差异所引起的决策失
误。
参考文献：
(1]王玉杰，黄平路，王公忠．工程爆破作业安全管理的综合
(下转至第32页)
· 32· 矿 冶
含
原矿
硫精矿 尾矿
图6 先磁后浮方案流程
Fig．6 The flowsheet of magnetic separation then flotation
品位比先浮选除硫、磷后磁选选别流程选出的铁精
矿品位高5．78个百分点，且含硫量较低，硫精矿品
位也可达到48．87％ ，选别良好。在具体生产中，虽
增加磨矿流程，但磁选成本低廉，选用先磁选后浮除
硫、磷选别流程，可以大幅降低浮选药剂的用量，节
约成本，经济效益可观，故试验推荐先磁选后浮选除
硫、磷的磁一浮联合选矿流程，见图6。先磁后浮流
程所获得的铁精矿化学多项分析结果见表8，硫精
矿化学多项分析结果见表9。
表8 铁精矿化学多项分析结果
Table 8 The results of chemical analysis
of iron concentrate
3 结语
(1)矿石中各矿物嵌布粒度较细，磁铁矿的解
离难度大。
(2)试验证明选用先磁选后浮选流程，可获得
含铁60．88％ 、含硫0．49％ 、含磷0．35％ 的铁精矿和
含硫29．13％ 的硫精矿产品，并对磁选后的尾矿浮
选，可提高硫的综合利用率。
参考文献：
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10-05