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改进层次分析法在爆破事故分析中的应用
2015-12-09
采用改进的AHP法和ABC法,分析了某矿山近10a来的爆破事故,首先确定影响爆破安全因素的权重,计算结果表明:在十二个影响因素中,孔网参数设计不合理、抵抗线设计不合理、未按设计连接网络等6个因素所占权重较大;然后根据ABC法对其进行分类,其中孔网参数设计不合理、抵抗线设计不合理和未按设计连接网络属于主要影响因素,装药量设计过大、未按设计布孔装药和起爆前未清点人数属于次要影响因素,其他均属于一般因素。根据最大隶属度原则,认为影响该矿山爆破安全的主要因素是爆破设计,需要着重解决。
Serial No. 559 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015年总 第115月59第期 11 期 November. 2015 MODERN MINING 改 进 层 次 分 析 法 在 爆 破 事 故 分 析 中 的 应 用 张 建 华 ꢀ 李 泽 安 武 汉 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ) ( ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 采 用 改 进 的 AHP 法 和 ABC 法 , 分 析 了 某 矿 山 近 10 a 来 的 爆 破 事 故 , 首 先 确 定 影 响 爆 破 安 全 因 素 的 权 重 , 计 算 结 果 表 明 : 在 十 二 个 影 响 因 素 中 , 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 抵 抗 线 设 计 不 合 理 、 未 按 设 计 连 接 网 络 等 6 个 因 素 所 占 权 重 较 大 ; 然 后 根 据 ABC 法 对 其 进 行 分 类 , 其 中 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 抵 抗 线 设 计 不 合 理 和 未 按 设 计 连 接 网 络 属 于 主 要 影 响 因 素 , 装 药 量 设 计 过 大 、 未 按 设 计 布 孔 装 药 和 起 爆 前 未 清 点 人 数 属 于 次 要 影 响 因 素 , 其 他 均 属 于 一 般 因 素 。 根 据 最 大 隶 属 度 原 则 , 认 为 影 响 该 矿 山 爆 破 安 全 的 主 要 因 素 是 爆 破 设 计 , 需 要 着 重 解 决 。 关 键 词 ꢀ 改 进 层 次 分 析 法 ꢀ 爆 破 事 故 ꢀ ABC 法 ꢀ 权 重 Application of Improved AHP Method in Blasting Accident Analysis Zhang Jianhuaꢀ Li Zean ( College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology) Abstractꢀ The improved AHP method and ABC method are used to analyzethe blasting accidents happened in recent nearly ten years to determine the key problem and improve the blasting safety. First ly, the weight of factors that affect the the blasting safety are determined, the calculation results show that among the 12 factors, the weight of the 6 factors such as hole net parameter design is not reasonable, re sistance line design is not reasonable, internet connection is not consistent to the design are higher; then, according to the ABC method, the above factors are classified, the factors such as hole net parameter de sign is not reasonable, resistance line design is not reasonable, internet connection is not consistent to the design are regarded as the main factors, the factors such as the explosive payload design is too big, the method of hole layout and charge are not consistent to some relative design and the worker cannot be counted before initiating are belongs to the secondary factors, the other factors are regarded general fac tors. Therefore, it can determine that the mine need to focus on the problem of A, B factors, moreover, according to maximum membership degree principle, the main factor affecting the blasting safety is blas ting design, it should be solved effectively. Keywordsꢀ Improved AHP method, Blasting accident, ABC method, Weights ꢀ ꢀ 爆 破 是 矿 山 生 产 过 程 中 不 可 或 缺 的 一 个 环 节 , 分 析 矿 山 爆 破 事 故 , 确 定 需 要 重 点 解 决 的 问 题 , 然 后 采 取 相 关 措 施 以 提 高 爆 破 安 全 性 , 是 矿 山 管 理 人 员 和 爆 破 人 员 的 基 本 任 务 。 但 其 具 有 危 险 性 大 、 潜 在 危 险 源 多 、 易 发 生 事 故 和 产 生 的 事 故 后 果 严 重 等 特 点 , 给 矿 山 工 作 人 员 的 人 身 安 全 带 来 了 严 重 的 威 胁 。 在 各 类 生 产 事 故 中 , 爆 破 事 故 所 占 比 例 高 达 40% 以 上 1] 。 矿 山 企 业 能 否 实 现 安 全 爆 破 , 直 接 影 响 着 员 工 的 安 全 与 健 康 、 企 业 能 否 正 常 生 产 运 营 等 重 要 问 题 。 因 此 通 过 科 学 的 方 法 目 前 , 爆 破 事 故 常 用 的 分 析 方 法 有 层 次 分 析 法 、 [ 2] [ 事 故 树 、 事 件 树 、 鱼 刺 图 法 等 。 其 中 层 次 分 析 法 是 由 美 国 匹 兹 堡 大 学 AL Saaty 教 授 于 20 世 纪 70 年 代 初 提 出 的 , 目 的 是 为 了 解 决 多 目 标 决 策 问 题 , 特 别 是 解 决 一 些 只 能 定 性 无 法 定 量 的 问 题 。 但 传 统 的 AHP 方 法 为 了 确 保 排 序 的 准 确 性 , 必 须 要 进 行 一 致 性 检 验 , 如 果 没 有 通 过 检 验 , 需 要 专 家 再 次 打 分 、 调 ꢀ ꢀ 张 建 华 ( 1963— ) , 男 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 博 士 , 430070 湖 北 省 武 汉 市 洪 山 区 珞 狮 路 122 号 。 9 总 第 559 期 现 代 矿 业 2015 年 11 月 第 11 期 整 和 计 算 , 而 这 种 调 整 一 般 会 带 来 很 大 的 主 观 性 , 影 响 计 算 结 果 的 准 确 性 和 可 信 度 , 而 且 可 能 需 要 经 过 多 次 计 算 才 可 以 通 过 检 验 2] 。 为 了 解 决 以 上 问 题 , 东 南 大 学 梁 睴 教 授 3] 于 1989 年 提 出 了 一 种 改 进 方 法 , 通 过 引 进 最 优 传 递 矩 阵 , 使 之 可 以 不 进 行 一 致 性 检 验 , 经 过 多 次 试 验 , 该 方 法 是 可 行 的 。 因 此 作 者 将 改 进 层 次 分 析 法 运 用 到 爆 破 事 故 分 析 中 , 既 可 以 避 免 传 统 层 次 分 析 法 的 不 足 , 又 可 以 继 承 其 优 点 。 最 后 结 合 ABC 法 , 对 指 标 层 因 素 进 行 等 级 分 类 , 确 定 需 要 重 点 解 决 的 问 题 。 qkj , 那 么 Q 为 反 对 称 矩 阵 , 并 且 是 传 递 的 。 1. 4ꢀ 计 算 Q 的 最 优 传 递 矩 阵 L [ n n 定 理 2: 若 存 在 传 递 矩 阵 C, 且 使 Σ Σ ( cij - [ i = 1 j = 1 b 称 矩 阵 B 的 最 优 传 递 阵 C 满 足 cij = Σ ( bik - bjk ) , i, j 。 ij ) 2 最 小 , 则 称 C 为 B 的 最 优 传 递 矩 阵 ; 然 而 反 对 n 1 n k = 1 n 1 令 lij = Σ ( qik - qjk ) , 则 L 是 Q 最 优 传 递 阵 。 n k = 1  1 . 5ꢀ 计 算 拟 优 一 致 矩 阵 F 1 ꢀ 改 进 层 次 分 析 法 定 理 3: 若 A 是 互 反 矩 阵 , B = lgA, C 是 B 的 最 1 . 1ꢀ 建 立 层 次 结 构 模 型  C 对 所 要 研 究 的 问 题 进 行 深 入 分 析 , 将 问 题 所 包 优 传 递 矩 阵 , 那 么 矩 阵 A = 10 是 A 的 一 个 拟 优 传 含 的 各 种 因 素 进 行 归 纳 , 然 后 将 这 些 因 素 自 上 而 下 分 层 , 上 层 影 响 着 下 层 , 而 层 内 之 间 各 因 素 基 本 上 是 相 对 独 立 的 , 构 造 出 层 次 结 构 模 型 。 层 次 结 构 模 型 一 般 分 为 A( 最 高 层 ) 、 C( 中 间 层 ) 和 P( 最 低 层 ) 3 层 。 A( 最 高 层 ) : 决 策 的 目 的 、 要 解 决 的 问 题 ; C( 中 间 层 ) : 考 虑 的 因 素 、 决 策 的 准 则 ; P( 最 低 层 ) : 决 策 时 的 备 选 方 案 。 递 矩 阵 , 并 且 它 是 一 致 的 。 令 F = 10L , 则 F 是 F 的 拟 优 一 致 矩 阵 。   1 . 6ꢀ 用 方 根 法 求 H 的 特 征 向 量 W n  将 F 的 元 素 按 行 相 乘 uij = ∏fij , 对 乘 积 分 别 开 j = 1 n n 次 方 ui = uij 。 并 将 方 根 向 量 归 一 化 , 即 得 特 征 向 量 W, 其 中 Wi = ui / Σ ui , Wi 表 示 对 应 元 素 相 对 上 一 层 次 因 素 重 要 性 的 权 重 值 。 槡 n 1 . 2ꢀ 构 造 判 断 矩 阵 F i = 1 判 断 矩 阵 表 示 在 相 同 层 次 中 , 每 个 因 素 相 对 于 1 . 7ꢀ 层 次 总 排 序 上 一 层 次 的 同 一 个 因 素 的 重 要 性 程 度 。 通 常 采 用 1 重 复 以 上 步 骤 , 计 算 P 层 对 于 C 层 的 权 重 值 : ~ 9 标 度 法 。 表 1ꢀ 判 断 矩 阵 标 度 值 及 其 含 义 定 义 与 说 明 W = W W . i, C-P ( 1) i, P-A i, A-C 标 度 ꢀ ꢀ 计 算 P 层 对 于 A 层 的 相 对 重 要 性 次 序 的 权 重 1 表 示 两 个 因 素 相 比 , 具 有 同 样 重 要 性 表 示 两 个 元 素 相 比 , 一 元 素 比 另 一 元 素 稍 微 重 要 表 示 两 个 元 素 相 比 , 一 元 素 比 另 一 元 素 明 显 重 要 表 示 两 个 元 素 相 比 , 一 元 素 比 另 一 元 素 强 烈 重 要 表 示 两 个 元 素 相 比 , 一 元 素 比 另 一 元 素 极 端 重 要 上 述 两 相 邻 判 断 的 中 值 值 , 最 后 根 据 计 算 得 到 的 W 值 进 行 排 序 。 i, PA 3 1 . 8ꢀ 对 指 标 层 进 行 分 类 5 [ 45] 把 被 分 析 的 对 象 分 成 A、 B、 C 3 ABC 分 类 法 7 类 , 其 中 A 类 表 示 主 要 影 响 因 素 , B 类 表 示 次 要 影 响 因 素 , C 类 表 示 一 般 影 响 因 素 。 划 分 的 标 准 是 分 析 对 象 的 累 计 频 率 , A、 B、 C 三 类 累 计 频 率 分 别 为 0% ~ 80% 、 80% ~ 90% 和 90% ~ 100% 。 由 于 A、 B 两 类 累 积 频 率 和 大 于 90% , 可 以 认 为 其 所 包 含 的 信 息 量 足 以 代 表 全 部 的 信 息 量 , 因 此 在 解 决 实 际 问 题 时 , 只 需 对 A 和 B 两 类 的 指 标 层 采 取 相 应 措 施 , 就 可 以 达 到 改 善 目 标 层 的 目 的 。 9 2 , 4, 6, 8 1 / b 表 示 两 个 元 素 的 反 比 较 ij 1 . 3ꢀ 计 算 反 对 称 传 递 矩 阵 Q 定 理 1: 设 A = [ a ] 、 B = [ bij ] 、 C = [ cij ] ∈Rn × n , ij 若 a = 1 / a , 则 称 A 为 互 反 矩 阵 ; 若 b = - b , 则 称 ij ji ij ji B 为 反 对 称 矩 阵 ; 若 A 为 互 反 矩 阵 , 且 a = a / a , ij ik jk 则 称 A 是 一 致 的 ; 若 B 是 反 对 称 阵 , 且 b = b + b , ij ik kj 则 称 B 是 传 递 的 。 2 ꢀ 案 例 分 析 设 F = [ f ] 、 Q = [ qij ] 、 L = [ lij ] 、 F = [ fij  ] ∈ 通 过 调 查 分 析 某 矿 山 近 10 a 的 爆 破 事 故 , 把 影 ij Rn × n 。 响 爆 破 安 全 的 因 素 分 为 爆 破 设 计 、 爆 破 操 作 及 安 全 管 理 和 环 境 三 大 类 , 再 细 分 为 安 全 距 离 过 小 、 装 药 量 过 大 、 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 抵 抗 线 设 计 不 合 理 等 12 个 方 面 。 因 为 f = 1, f = 1 / fji ( i, j = 1, 2, … , n) , 所 以 , F ii ij 为 互 反 矩 阵 ; 又 f = f / f , 所 以 F 是 一 致 的 。 ij ik jk 令 Q = lgF( q = lgf ) , 则 q = - q 且 qij = qik + 0 ij ij ij ji 1 ꢀ ꢀ 张 建 华 ꢀ 李 泽 安 : 改 进 层 次 分 析 法 在 爆 破 事 故 分 析 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 11 月 第 11 期 2 . 1ꢀ 层 次 结 构 模 型 建 立 ( 1) 由 判 断 矩 阵 FAC , 可 以 求 出 反 对 称 传 递 矩 通 过 分 析 爆 破 事 故 , 把 影 响 爆 破 安 全 的 因 素 进 阵 QAC : 行 分 类 , 然 后 绘 制 出 层 次 分 析 模 型 , 见 表 2。 0 0. 477 1 0 0. 699 0  表 2ꢀ 爆 破 事 故 层 次 结 构 模 型 C 准 则 层 QAC =  - 0. 477 1 0. 477 1     A 目 标 层 P 指 标 层 P1 安 全 距 离 过 小 - 0. 699 0 - 0. 477 1 0 ꢀ ꢀ ( 2) 计 算 最 优 传 递 阵 L : AC P2 装 药 量 设 计 过 大 P3 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 P4 抵 抗 线 设 计 不 合 理 P5 未 按 设 计 连 接 网 络 P6 未 按 设 计 布 孔 、 装 药 P7 操 作 过 程 失 误 0 0. 392 0 0. 784 0 C1 爆 破 设 计  LAC =  - 0. 392 0 0 0. 392 0   - 0. 784 0 - 0. 392 0 0  ꢀ ꢀ ( 3) 求 拟 优 一 致 阵 F : AC C2 爆 破 操 作 爆 破 飞 石 事 故 1 2. 466 0 6. 081 4    F = 0. 405 5 1 2 466 0 AC P8 起 爆 前 未 清 点 人 员 P9 外 来 电 流 干 扰     0  164 4 0 405 5 1 C3 安 全 管 理 和 环 境 P10 无 警 戒 信 号 ꢀ ꢀ ( 4) 求 特 征 向 量 WAC 。 = [ 2 466 0, 1 000 0, 0 405 5] T, 归 一 化 , W = [ 0 637 0, 0 258 3, 0 104 7] T, AC P11 防 护 不 到 位 W AC P12 其 他 人 员 误 入 警 戒 区 得 : 2 . 2ꢀ 构 造 判 断 矩 阵 根 据 专 家 打 分 , 确 定 各 因 素 之 间 的 相 对 重 要 程 同 理 , 计 算 P 层 因 素 对 C 层 因 素 的 相 对 权 重 值 得 : T 度 , 得 到 表 3 ~ 表 6 4 个 判 断 矩 阵 。 W = [ 0 036 1, 0 189 2, 0 213 1, 0 561 6] , C P 1 T 表 3ꢀ AC 判 断 矩 阵 1 W = [ 0 778 5, 0 123 3, 0 098 2] , C2P A C1 C2 C3 C C 2 C 3 W = [ 0 360 2, 0 220 3, 0 133 1, C3P 1 1 / 3 1 / 5 3 5 3 1 T 0  210 7, 0 075 8] . 1 2 . 4ꢀ 层 次 总 排 序 1 / 3 由 以 上 计 算 结 果 , 利 用 式 ( 1) 计 算 P 层 对 于 A 层 表 4ꢀ C1 P 判 断 矩 阵 的 权 重 值 。 W 表 示 P 层 因 素 相 对 于 A 层 的 重 要 性 i, PA C1 P1 P2 P3 P4 的 总 权 重 值 , 见 表 7。 P1 P2 P3 P4 1 5 3 6 1 / 5 1 / 3 1 / 2 1 1 / 6 1 / 2 1 / 3 1 2 . 5ꢀ 指 标 层 分 类 1 由 表 7 计 算 得 出 的 结 果 绘 制 出 ABC 分 类 图 , 见 2 2 图 1。 3 表 7ꢀ 层 次 总 排 序 层 次 C 表 5ꢀ C2 P 判 断 矩 阵 P5 C2 P6 P7 层 次 P C 1 C 2 C 3 P 权 值 P 排 序 P5 P6 P7 1 1 / 2 1 / 3 2 1 1 3 1 1 0 . 637 0 0. 258 3 0. 104 7 P P P P P P P P P 0. 036 1 0. 189 2 0. 213 1 0. 561 6 0. 023 0 0. 120 5 0. 135 7 0. 357 7 0. 201 1 0. 031 8 0. 025 4 0. 037 7 0. 023 1 0. 013 9 0. 022 1 0. 007 9 10 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表 6ꢀ C3 P 判 断 矩 阵 P9 3 C3 P8 P10 P11 P12 3 1 P8 1 3 2 2 0. 778 5 0. 123 3 0. 098 2 2 6 P9 P10 1 / 3 1 / 2 1 / 2 1 / 3 1 1 / 3 1 3 1 1 1 3 3 7 0. 360 2 0. 220 3 0. 133 1 0. 210 7 0. 075 8 5 P11 1 1 3 9 P12 1 / 3 1 / 3 1 / 3 1 P P P 11 10 12 10 1 1 2 2 . 3ꢀ 计 算 过 程 1 下 面 以 计 算 WAC 为 例 进 行 计 算 。 1 1 总 第 559 期 现 代 矿 业 2015 年 11 月 第 11 期 连 接 网 络 这 3 个 因 素 属 于 A 类 , P2 装 药 量 设 计 过 大 、 P 未 按 设 计 布 孔 装 药 、 P 起 爆 前 未 清 点 人 数 属 6 8 于 B 类 , 其 他 均 属 于 C 类 。 相 对 于 C 类 来 讲 , 需 要 重 点 解 决 A 和 B 两 类 所 包 含 的 问 题 , 才 可 以 达 到 安 全 爆 破 的 目 的 。 3 ꢀ 总 ꢀ 结 通 过 改 进 的 层 次 分 析 法 分 析 某 矿 山 爆 破 事 故 , 可 以 得 出 影 响 该 矿 山 爆 破 安 全 的 主 要 因 素 是 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 抵 抗 线 设 计 不 合 理 、 未 按 设 计 连 接 网 络 和 装 药 量 设 计 过 大 等 。 因 此 , 要 提 高 矿 山 爆 破 的 安 全 性 , 需 要 重 点 解 决 这 六 个 方 面 的 问 题 。 此 外 , 虽 然 运 用 改 进 层 次 分 析 法 可 以 快 速 确 定 影 响 爆 破 安 全 的 主 次 要 因 素 , 而 且 还 可 以 避 免 传 统 层 次 分 析 法 判 断 矩 阵 为 通 过 一 致 性 检 验 而 带 来 的 片 面 性 和 主 观 性 , 但 改 进 层 次 分 析 法 也 具 有 其 弊 端 , 即 在 计 算 权 重 时 可 能 出 现 两 个 或 两 个 以 上 的 权 值 相 同 , 当 出 现 这 种 情 况 , 不 能 保 证 排 序 准 确 性 , 因 此 如 何 避 免 这 一 情 况 还 需 进 一 步 探 讨 。 图 1ꢀ 指 标 层 ABC 分 类 结 果 ■ — P 权 值 ; - - - — 求 和 由 图 1 可 以 看 出 , 属 于 A 类 的 指 标 包 括 P3 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 P 抵 抗 线 设 计 不 合 理 、 P 未 按 设 4 5 计 连 接 网 络 这 3 个 因 素 ; 属 于 B 类 的 指 标 有 P 装 药 2 量 设 计 过 大 、 P 未 按 设 计 布 孔 装 药 、 P 起 爆 前 未 清 6 8 点 人 数 等 3 个 因 素 , 其 他 指 标 都 属 于 C 类 。 由 此 可 以 得 出 , 该 矿 山 需 要 重 点 解 决 的 问 题 是 孔 网 参 数 设 计 不 合 理 、 抵 抗 线 设 计 不 合 理 、 未 按 设 计 连 接 网 络 、 装 药 量 设 计 过 大 、 未 按 设 计 布 孔 装 药 及 起 爆 前 未 清 点 人 数 6 个 方 面 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 2 . 6ꢀ 分 析 结 果 通 过 以 上 分 析 计 算 , 结 合 最 大 隶 属 度 原 则 得 出 [ [ [ 1] ꢀ 任 玉 辉 , 秦 跃 平 , 刘 业 娇 . 基 于 FTAAHP 的 矿 山 爆 破 飞 石 伤 人 事 故 风 险 分 析 [ J] . 现 代 矿 业 , 2014, 539( 3) : 5961. 2] ꢀ 李 传 哲 , 于 福 亮 , 鲍 卫 锋 , 等 . 改 进 层 次 分 析 法 在 影 响 因 素 分 析 中 的 应 用 [ J] . 节 水 灌 溉 , 2006( 5) : 4752. 以 下 结 论 : ( 1) 通 过 一 级 目 标 层 权 重 计 算 结 果 得 出 : 爆 破 设 计 是 影 响 爆 破 安 全 的 最 大 影 响 因 素 , 所 占 权 重 高 达 0. 637 0, 因 此 设 计 人 员 在 进 行 爆 破 设 计 的 时 候 应 严 谨 ; 其 次 是 爆 破 操 作 , 所 占 权 重 为 0 258 3, 要 解 决 爆 破 操 作 人 员 的 不 规 范 化 或 不 合 理 操 作 。 3] ꢀ 谭 跃 进 , 陈 英 武 , 易 进 先 . 系 统 工 程 原 理 [ M] . 长 沙 : 国 防 科 学 技 术 出 版 社 , 1999. 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