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煤礦供電系統安全評價模型設計與應用

時間:2019-11-20 來源:西安科技大學 作者:趙明輝 本文字數:7285字
  摘要
  
  煤礦供電安全是礦井安全生產的保證,供電系統設備種類繁多,運行過程復雜,人為、環境和管理問題互相交織,可能出現供電不安全問題,甚至導致事故發生。安全評價是為了預防事故發生,但目前常用的供電安全評價方法多采用定性評價方法,為此需要研究更科學、更合理的評價方法。
  
  文章中對國內外安全評價理論、煤礦安全評價技術的發展現狀和評價方法的特點總結歸納,在分析煤礦供電系統特征的基礎上,對影響煤礦供電安全的因素總結。用層次分析法建立煤礦安全評價指標體系。再將層次分析法與模糊綜合評價進行結合,構建了基于層次分析法的模糊綜合評價模型。通過事故統計和現場調研,使權重的賦值更加科學、合理,較好的反映了各因素對煤礦供電系統安全現狀的重要程度。

煤礦供電系統安全評價模型設計與應用
  
  將所研究的煤礦供電系統安全評價模型應用于董東煤礦供電評價,結合該礦供電系統的特點,對其進行安全評價,得出綜合安全評價結果。評價結果驗證了所給出的煤礦供電系統安全評價模型的正確性和科學性,可以在煤礦企業的供電系統安全評價中應用。
  
  關鍵詞:  煤礦供電;安全因素;安全評價;模糊綜合評價。
  
  ABSTRACT
  
  Coal mine power supply safety is the guaral}tee of mine safety production. There are many kinds of power supply system equipment, and the operation process is complicated. The human, environmental and management are intertwined, and the power supply may be unsafe or even cause accidents. Safety evaluation is to prevent accidel}ts. However, the commonly used power supply safety evaluation methods mostly use qualitative evaluation methods.Therefore, it is necessary to study mare scientific and reasonable evaluation methods.
  
  In the article, the domestic and international safety evaluation theory, the development status of coal mine safety evaluation technology and the characteristics of evaluation methods are summarized. Based on the analysis of the characteristics of coal mine power supply system, the factors affecting the safety of coal mine power supply are summarized. Establish a coal nine safety evaluation index system by using analytic hierarchy process. Then theanalytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation are combined to construct a fuzzy comprehensive evaluation model based on analytic hierarchy process. Through accident statistics and on-site investigation, the assignment of weights is mare scientific and reasonable,and better reflects the importance of various factors to the safety status of coal lame power supply systems.
  
  The safety evaluation model of the coal mine power supply system studied was applied to the power supply evaluation of Dongdona Coal Mine. Combined with the characteristics of the power supply system of the mine, the safety evaluation was carried out and the comprehensive safety evaluation results were obtained. The evaluatiol} 1-esults verify the correctness and scientificity of the given coal mine power supply system safety evaluation model, which can be applied in the safety evaluatiol} of tl}e power supply system of coal mine enterprises.
  
  Key words:   Coal mine power supply;Safety factors;Safety evaluation;Fuzzy comprehensive evaluation。
  
  1 緒論。
  
  1.1 選題背景和研究意義。
  
  1.1.1 煤礦安全生產現狀。

  
  長期以來,煤炭是世界各國工業發展的基本保障,在世界主要產煤國一次能源消費中占重要地位。以主要煤炭生產國為例,我國的能源利用中煤炭占 70%左右,在印度占60%左右,在美國占 23%,在俄羅斯占 15%[1]。中國有全球最大的原煤生產市場,其產量約是全球總量的一半。與此同時,煤炭是中國的主要能源,在今后一段時間內,煤炭仍然是我國的重要能源依仗。鑒于此,持續推進煤礦安全生產工作,是確保我國煤炭能源需求的前提條件。但其因為各種條件限制,大多數礦井采用井工作業,又加之各地水文地質條件不一,采礦技術相對落后,效率較低,作業人群觀念陳舊,所以致使中國的煤礦安全生產問題一直處于相對嚴峻的境地[2]。煤炭生產一直屬于安全生產領域中的重大風險行業,這一特性決定煤炭安全生產工作面臨的重大挑戰。然而不論是在國家經濟體系建設中,或是在煤炭行業體系完善中,又或是在整個安全生產的大形勢下,煤炭的安全生產都具有毋容置疑的顯著地位。在這一方面,黨和國家行政部門高度重視,先后從組織形態、法律法規等各方面出臺一系列相關政策,進一步加強對煤炭安全生產工作的重視,也取得了一些成績,但因該行業自身的局限性和對煤炭安全生產前瞻性的需求,相關的政策、法規仍需不斷的完善和改進,而且由于在安全方面基礎環節薄弱,科技力量落后,抵抗災害能力不足,安全投入和職業防護還存在一定的差距,多數作業人員知識匱乏及業務技能不熟練,缺乏自我保護意識,這些方面是直接導致安全生產形勢嚴峻的突出表現。因此推進安全的煤炭生產工作,是一項長期而艱巨的任務。
  
  我國在 2017 年共計發生煤礦安全生產事故 219 起,其中死亡數達 375 人,相比較2016 年減少 30 起事故和 151 人,安全生產事故統計較之提升 12%和 28.7%,在一定程度上能夠反映出我國煤炭生產形勢在逐步穩定好轉。雖然從整個行業的發展中能夠看到工作具有一定的成效,但安全事故的頻頻發生,并且造成了不可逆轉的嚴重危害及惡劣影響,由此分析安全生產形勢依然嚴峻。因此,以安全生產為前提的煤炭資源可持續發展觀念尤為重要,同時反映出要穩定和完善我國的安全生產形勢,首要問題是搞好煤礦的安全生產[3]。
  
  1.1.2 煤礦安全評價的意義及分類。
  
  安全評價是應用安全工程的原理和方法來全面評估建設項目或原有工程的危險有害因素,并根據其影響程度推導分析出可能造成的事故后果,從而給出科學可行且有針對性的安全對策及建議,以確保系統安全運行。安全評價在項目實施的整個過程中都具有極其重要的作用,對項目實施的各個階段開展安全評價,不但能夠為政府監察監管部門提供技術支撐,同時也能夠為企業安全生產工作提供技術服務。
  
  煤礦開展安全評價工作是預防不安全行為發生,保障生產安全的主要舉措。其作用是辨識、分析煤礦企業生產經營活動中的危險有害因素情況,預測事故發生的可能性,判斷事故發生的影響程度,以此為依據提出有針對性的措施建議,消除或降低事故危害。
  
  安全評價工作的發展在遏制重大特大事故的發生具有極其顯著的作用[4]。因此國家在安全生產領域不斷健全和完善相應的法律法規及行業標準,如:《安全生產法》、《安全生產許可證條例》、《煤礦建設項目安全設施監察規定》等,促進安全評價工作的穩步發展。
  
  目前煤礦安全評價主要針對的是建設礦井和正常生產礦井,其過程是由安全評價人員對煤礦內的生產經營活動進行安全程度的評估。評價的對象包括采煤工藝、通風系統、機電運輸系統、頂板管理以及瓦斯煤氣的濃度、生產過程管理,以及一切與生產相關的且在整個礦井安全生產中存在隱患的環節,通過排查找出生產過程中的安全隱患,及時采取補救措施,確保煤礦生產安全[5]。現階段,我國已在全國范圍內對煤礦企業開展安全評價,但因煤礦安全評價起步較晚,機制不完善,技術不成熟,通常會存在評價內容不全面且評價結果不客觀的現象[6]。在事故調查中已發現部分安全評價機構對此負有責任,同時會對煤礦生產企業的安全管理及安全排查遺存隱患。煤礦供電系統作為礦井生產系統的重要組成之一,其安全與否對煤礦整個安全生產過程都具有重大意義,因此對煤礦供電系統進行安全評價就顯得是尤為必要和不可或缺。“安全第一,預防為主"是開展煤礦安全評價工作的指導思想,提升礦井的本質安全,強化內部管理水平,消除與降低礦井各個生產環節中的危害因素,提高企業風險排查及處置意識,預防事故發生,維護企業職工的生命及財產安全。
  
  目前我國對煤礦企業開展的安全評價是根據礦井的建設生產狀態劃分為以下三類:
  
  (1)安全預評價。
  
  煤礦企業在完成擬建礦井的可行性研究報告以后,依據擬建礦井可行性研究報,定性、定量辨識、分析和預測施工過程中可能潛在的各類危害因素,判斷其危險有害程度,提出科學、合理及有針對性的安全對策與建議,并在礦井以后的設計、施工和正常生產活動中對其內部管理、監督提供技術依據[7]。安全預評價是貫徹和落實安全“三同時”的主要舉措,是堅持“安全第一,預防為主”安全生產方針的主要組成部分,是監察監管方面的技術支撐。在 1997 年原國家勞動部頒布 3 號令以后,安全預評價工作逐步得到完善的發展。由于國家行政機構對安全生產工作的高度重視,健全和完善這一方面的法律法規及行業標準、規范,故安全預評價在煤礦企業建設中的開展發揮了重要作用[8]。
  
  (2)安全驗收評價。
  
  在礦井擬建工程項目竣工、聯合試運轉運行期間,辨識和分析該項目各系統、各環節及與其相關的各個方面的現狀情況,發現其以后生產過程中可能存在的危險有害因素,判斷其危險程度,提出科學、合理及有針對性的安全對策措施與建議。在對礦井進行安全設施和安全條件驗收中,安全驗收評價是其主要組成部分,同時也是獲取煤礦安全生產許可證的前置條件[9]。
  
  (3)安全現狀評價。
  
  由安全評價機構對正常生產礦井的各生產、輔助系統及與生產安全相關各個環節的現狀情況進行分析排查,辨識其生產過程中潛在的各類危害因素,判斷其危險程度,同時運用合理的安全評價方法得出定性、定量評價結論,提出科學、合理及有針對性的安全對策措施與建議。
  
  1.1.3 研究意義及問題的提出。
  
  隨著國家經濟結構的轉型與調整,我國對于能源的開發也日益劇增,與此同時也加快了煤礦企業的開發進程。在煤礦企業蓬勃發展的同時,煤礦供電安全問題也不斷的涌現出來,如何處理好礦井的供電安全問題已成為煤礦企業的重要問題。
  
  現代化礦井供電系統中設施、設備種類繁多、系統相對復雜,且由于人為因素、設備因素、環境因素以及管理因素的影響,在生產工作中可能會出現不安全因素,甚至導致事故發生。由此可見煤礦供電系統的安全運行既能確保礦井正常生產,又能夠為預防和降低事故發生提供保障。
  
  及時發現和排查供電系統運行中潛在的危險有害因素,為礦井安全管理和正常生產提供保障,在這一過程中,開展安全評價能夠有效發現其中存在的隱患和關鍵問題,通過分析處理,提出解決措施并及時進行處置,以此確保煤礦供電設施、設備的正常運行。安全評價的在實施過程中所發揮的作用也就是為了在保證正常生產的同時,強化過程控制,防范不安全行為及不穩定因素的滋生,消除或降低事故發生的可能,降低事故的危害程度,維護和保證職工的生命財產安全。通過消除和解決隱患問題,就確保了安全生產的延續,不僅降低了發生事故的概率,同時使煤礦企業減少生產事故所造成的經濟損失,既考慮了生產安全又減少了企業的經濟損失。通過對煤礦事故的分析,不難發現事故的發生均會造成的不可挽回的影響,其表現不但在企業自身的經濟損失、生產工作的滯后以及效益的獲取,同時延緩企業發展的步伐,阻礙國家的經濟建設。而通過開展安全評價,由專業安全評價機構對其進行分析評估,發現危險有害因素,提出治理解決方案,使企業在相對安全的生產環境中開展工作,提高風險抵御能力,促進自身安全生產,以待持續穩步發展。
  
  但由于我國長期重視煤炭產出量、瓦斯治理、水文地質和通風安全,往往忽視了煤礦供電安全問題,這就勢必造成在煤礦安全生產中供電安全的影響程度相對較輕且未能引起企業足夠的重視,同時也在安全評價過程中有所反映,具體表現在對煤礦供電安全進行分析評價,常用的方法只能得出定性評價結論,缺乏科學合理定量分析。
  
  在吸取和借鑒傳統煤礦安全評價方法的基礎上,尋求一種科學、合理、可行且能給出定量評價結果的方法,以期能夠更有效的為煤礦企業提供技術服務,為煤礦安全生產工作的推進做出努力。研究了層次分析法以及模糊綜合評價法的內容和應用,綜合目前煤礦供電狀況以及尋求供電安全定量評價方法的設想,提出了運用模糊層次綜合評價法對礦井供電安全進行定量分析的指導方案,其中心內容主要分為三個方面:首先運用層次分析法,在系統工程的原理下,從人、機、環、管 4 個方面全面分析影響煤礦供電系統安全的各項指標因素,綜合各指標因素構建煤礦供電系統安全評價指標體系;其次運用模糊綜合分析法構建安全評價數學模型,將定性指標因素轉化為量化指標,從而建立一套量化的評價體系方法;最后引用具體的煤礦供電系統案例對已構建的評價體系方法進行驗證。
  
  在對現階段常規安全評價和本次研究的模糊層次綜合評價進行對比分析,可以發現擬采用的定量安全評價方法具有以下幾個方面的優點:
  
  (1)全面性。
  
  目前常規的定性安全評價方法僅對評價對象自身是否滿足安全要求分析判斷,未能考慮綜合因素,單一的單元或許存在一些問題,但影響此單元的安全問題不僅僅是由于其本身的因素,還有可能會發生在與其有相互關系的其他單元中。而運用層次分析法本身就是在一定的高度中分析各項影響因素,不但對本單元進行分析,同時對影響本單元的其他因素也會綜合分析,故其具有全面性的特點。
  
  (2)系統性。
  

  安全評價方法是基于系統安全工程的原理來完善的,這就決定了在評價過程中會系統考慮各項指標因素的確立,無論指標對安全問題的影響概率多大,均一一體現,或許針對某一特例有其特有的針對性,以此來看其具有較好的適用性,這也就是系統性分析問題的優勢所在。
  
  (3)量化。
  

  量化的安全評價通過將指標因素依據隸屬函數轉化為數據,然后經模糊綜合計算得出定量化的結果,此方法不但能夠得出定性的安全評價結果,并在此基礎上能夠將結果具體數量化。能夠有效為政府提供技術支撐,例如建立煤礦安全等級管控模式等。
  
  (4)針對性。
  
  常用的安全評價結論中只對影響系統安全的指標因素進行定性評價,確定安全與否,而對各項指標因素的影響重要度認知不夠。而運用定量評價方法后,能夠明確得出在整個系統體系中各項指標因素的權重系數,即就是各指標的影響重要程度。這樣的結果能夠使煤礦企業更有針對性的分析處置危險有害因素。
  
  綜上所述,建立一套對煤礦供電系統量化的安全評價方法既能創新煤礦供電安全評價方法,又能全面、系統的得出安全評價結論,同時在量化安全評價結論的基礎上能夠有效為煤礦監察監管機構提供技術支撐,也能夠有針對性的為煤礦企業提供技術服務,有利于煤礦企業安全、健康、可持續的發展。
  
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  1.2 國內外研究現狀及趨勢

  1.2.1 國外安全評價發展及現狀
  1.2.2 國內安全評價發展及現狀
  1.2.3 煤礦供電安全評價現狀
  
  1.3 研究的主要內容
  1.4 研究工作
  1.5 論文組織結構
  
  2 煤礦供電系統特征和安全運行
  
  2.1 煤礦供電系統的構成及運行特點

  2.1.1 系統構成
  
  2.2 事故特點
  2.2.1 事故案例
  2.2.2 事故原因分析
  2.2.3 事故統計
  2.2.4 事故特點總結
  
  2.3 章節小結
  
  3 安全評價方法研究
  
  3.1 評價方法分析

  3.1.1 安全檢查表法
  3.1.2 作業條件危險性評價法
  3.1.3 事故樹分析法
  3.1.4 層次分析法分析
  3.1.5 模糊綜合評價法
  
  3.2 選擇適用的評價方法
  
  3.3 章節小結
  
  4 煤礦供電系統安全評價指標體系的建立
  
  4.1 指標體系建立的原則

  4.2 指標體系建立的意義
  
  4.3 指標體系的建立

  4.3.1 煤礦供電系統因素分析
  4.3.2 煤礦供電系統安全評價指標體系

  4.4 章節小結
  
  5 煤礦供電系統安全評價模型的構建
  
  5.1 層次分析法計算指標權重

  5.1.1 層次分析法的原理和分析思路
  5.1.2 判斷矩陣的構建
  5.1.3 單排序指標權重計算及一致性檢驗
  5.1.4 綜合指標權重計算及一致性檢驗
  
  5.2 模糊綜合評價法構建數學模型
  5.2.1 建立評價指標集合
  5.2.2 建立評語等級論集
  5.2.3 確定評價因素的權向量 A
  5.2.4 建立單因素模糊關系矩陣 R
  5.2.5 模糊綜合評價模型的構建
  
  5.3 章節小結
  
  6 煤礦供電系統安全評價實例分析應用
  
  6.1 董東煤礦供電系統概況

  6.1.1 礦井概況
  6.1.2 礦井供電概況
  
  6.2 層次分析法計算指標權重
  6.2.1 建立判斷矩陣
  6.2.2 綜合指標權重計算及一致性檢驗
  
  6.3 模糊綜合評價計算與結果分析
  6.3.1 評價指標與評語等級論集
  6.3.2 單因素模糊矩陣
  6.3.3 模糊綜合評價
  
  6.4 安全評價結論及安全預防措施

  6.5 章節小結

  7 結論

  煤礦供電系統是煤礦持續安全穩定生產的基礎,它不僅僅對煤礦企業的日常生活提供電力保障,其應用還貫穿于生產安全領域的各個環節,是不可或缺的前提保障,故煤礦供電系統是否安全可靠就尤為重要了,那么評價其安全性的方法就值得我們進行深入研究。研究建立及驗證煤礦供電系統安全評價模型,通過理論與實踐相結合的方法,從安全評價方法的選取、評價指標體系的分析、模糊層次綜合評價模型的建立以及董東煤礦供電系統安全評價實例的應用,分別進行研究:

  (1)對目前常用的安全評價方法進行分析比較,找出其優缺點。結合煤礦供電系統的多層次性及模糊特征,確定選用層次分析法與模糊綜合法相結合的方法對煤礦供電系統進行評價研究。

  (2)依據系統工程及層次分析法的原理,建立煤礦供電系統評價指標體系,確定人、機、環、管4個準則層指標因素,同時確定影響煤礦供電系統安全運行的16個方案層指標因素。

  (3)運用模糊層次綜合評價方法對煤礦供電系統進行建模,該模型原理是采用層次分析法確定各指標的綜合權重,然后根據模糊綜合評價法建立評價指標與評語集合隸屬關系,經計算后得出模糊評價矩陣向量,再根據最大隸屬度原則確定評價結論。

  (4)通過運用該模型對董東煤礦供電系統進行安全評價,確定指標的權重值及影響重要度順序;同時得出模糊評價結論為較安全,并進行有效度檢驗結論有效。最后根據指標影響重要度順序提出了相應的安全預防措施。

  通過研究得出結論:

  (1)模糊層次綜合評價方法對煤礦供電系統進行安全評價所得出的結論與常規方法一致。

  (2)層次分析法建立安全評價指標體系,能夠全面、直觀的體現影響礦井供電安全的因素。

  (3)所研究的方法能夠得到量化的評價結果。

  參考文獻

    趙明輝. 煤礦供電系統安全評價研究及應用[D].西安科技大學,2019.
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