一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法和系统与流程

1.本技术涉及火灾风险评价技术领域，特别涉及一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法和系统。


背景技术：

2.煤炭作为主要的一次能源，对经济发展具有重要作用。然而，受制于煤矿较差的自然条件，煤矿事故频发，不仅造成大量的煤炭资源损失，而且，还严重影响煤矿井下人身财产安全。其中，采煤工作面施工是整个采煤工程中占比率最大的，是煤炭安全管理工作的核心，采煤工作面空间狭窄且多变，作业设备多，人员集中，环境复杂，不安全因素多，大小事故发生频率高。
3.在众多安全事故中，矿井火灾又是影像煤矿安全生产的重大灾害之一，对煤矿资源、采掘设备和人员安全造成巨大威胁。其中，矿井火灾所附带的高温烟流和有害气体，会对环境造成极大破坏，还会危害到井下工作人员的生命。而且，还极易导致瓦斯和煤尘爆炸等附加灾害，致使其危害性极大。
4.目前，矿井采煤工作面外因火灾安全风向意识和应对措施的不足，致使采煤工作面外因火灾事故频发，矿井遭受损失，工作面被迫封闭，工作面内的综采、综掘设备被迫弃用，导致严重的经济和资源损失。
5.因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
7.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
8.本技术提供一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法,包括：根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的所述外因火灾风险评价指标进行一致性校验；其中，所述外因火灾风险评价指标包含于预先确定的所述煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中；基于组合赋权模型，根据通过一致性校验的所述外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的所述外因火灾风险评价指标的指标权重；根据通过一致性校验的所述外因火灾风险评价指标的评估数据，基于预设的第一安全关联度模型，计算对应的所述外因火灾风险评价指标的安全关联度；根据所述外因火灾风险评价指标的所述安全关联度和所述指标权重，基于预设的第二安全关联度模型，计算所述煤矿采煤工作面的安全关联度系数，以确定所述采煤工作面外因火灾安全风险等级。
9.优选的，所述根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的所述的外因火灾风险评价指标进行一致性校验，具体为：根据采集的所述煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中的外因火灾安全风险评价指标的评估数据，对所述外因火灾风险评价指标进行依次进行信度校验和效度校验。
10.优选的，所述基于组合赋权模型，根据通过信度、效度校验的所述外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的所述外因火灾风险评价指标的指标权重，包括：计算所述外因火灾安全风险评价指标体系中的全部所述外因火灾风险评价指标的第一权重；
11.所述外因火灾安全风险评价指标体系中的全部所述外因火灾风险评价指标进行无量纲化，得到所述外因火灾风险评价指标的熵值权重，并将所述熵值权重作为所述第二权重；按照：
[0012][0013]
确定所述外因火灾风险评价指标的指标权重；
[0014]
其中，为第j个所述外因火灾风险评价指标的指标权重；为第j个所述外因火灾风险评价指标的第一权重；为第j个所述外因火灾风险评价指标的第二权重；u为常数；j＝1,2，
…
，n；n为正整数，表示通过一致性校验的所述外因火灾风险评价指标的数量。
[0015]
优选的，所述第一安全关联度模型为：
[0016][0017]
其中,xj为第j个所述外因火灾风险评价指标；vj为第j个所述外因火灾风险评价指标对应的实际数值；；vk为第j个风险评价指标xj关于第k个安全等级的节域；v
jk
为第j个外因火灾风险评价指标的节域长度；kk(xj)为所述外因火灾风险评价指标xj关于第k个安全等级的关联度；ρ(vj,v
jk
)为vj与v
jk
的距；ρ(vj,vk)为vj与节域vk的距；j、k均为正整数。
[0018]
优选的，所述第二安全关联度模型为：
[0019][0020]
其中，kk(r0)为所述煤矿采煤工作面的安全关联度系数；r0为待评价的所述外因火灾风险评价指标的基本物元矩阵；kk(xj)为第j个所述外因火灾风险评价指标xj的安全关联度；为所述外因火灾风险评价指标的所述指标权重。
[0021]
优选的，所述确定所述采煤工作面外因火灾安全风险等级，具体为：根据所述煤矿采煤工作面的安全关联度系数，基于预设等级阈值，确定所述采煤工作面外因火灾安全风险等级。
[0022]
本技术实施例还提供一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价系统，包括：一致性校验单元，配置为根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的所述外因火灾风险评价指标进行一致性校验；其中，所述外因火灾风险评价指标包含于预先确定的所述煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中；指标权重单元，配置为基于组合赋权模型，根据通过一致性校验的所述外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的所述外因火灾风险评价指标的指标权重；关联度单元，配置为根据通过一致性校验的所述外因火灾风险评价指标的评估数据，基于预设的第一安全关联度模型，计算对应
的所述外因火灾风险评价指标的安全关联度；关联系数单元，配置为根据所述外因火灾风险评价指标的所述安全关联度和所述指标权重，基于预设的第二安全关联度模型，计算所述煤矿采煤工作面的安全关联度系数，以确定所述采煤工作面外因火灾安全风险等级。
[0023]
有益效果：
[0024]
本技术提供的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价技术中，首先，根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的外因火灾风险评价指标进行一致性校验；其中，外因火灾风险评价指标包含于预先确定的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中；然后，基于组合赋权模型，根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的外因火灾风险评价指标的指标权重；接着，根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的评估数据，基于预设的第一安全关联度模型，计算对应的外因火灾风险评价指标的安全关联度；最后，根据外因火灾风险评价指标的安全关联度和指标权重，基于预设的第二安全关联度模型，计算煤矿采煤工作面的安全关联度系数，以确定采煤工作面外因火灾安全风险等级。籍此，有效利用外因火灾风险评价指标的相关性，对煤矿采煤工作面进行外因火灾安全风险评价，使评价结果更加准确，提高了评价过程的科学性和评价结果的精确度。
附图说明
[0025]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0026]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法的流程示意图；
[0027]
图2为根据本技术的一些实施例提供的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系的示意图；
[0028]
图3为根据本技术的一些实施例提供的一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价系统的结构示意图。
具体实施方式
[0029]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0030]
目前，在煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价中，主要依赖于专家经验及其主观判断，忽略了评价指标之间的相关性，评价结构不够科学准确。为此，申请人提出了一种煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价技术，有效利用外因火灾风险评价指标的相关性，对煤矿采煤工作面进行外因火灾安全风险评价，使评价结果更加准确，提高了评价过程的科学性和评价结果的精确度。
[0031]
如图1所示，该煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法包括：
[0032]
步骤s101、根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的外因火灾风
险评价指标进行一致性校验。
[0033]
其中，外因火灾风险评价指标包含于预先确定的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中。
[0034]
本技术中，构建煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系，具体的，煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系的外因火灾风险评价指标主要分为四类：第一类为井下操作指标x1，包括：月操作失误率x
11
、操作人员培训合格率x
12
、月违章率x
13
；第二类为井下设备指标x2，包括：电器防护率x
21
、设备可靠性x
22
、月设备维修率x
23
；第三类为井下环境指标x3，包括：可燃物数量x
31
、通风是否顺畅x
32
、消防器材数量x
33
；第四类为安全部署指标x4，包括：安全监测点数量x
41
、安全监测点的监测设备是否正常x
42
、监测设备的月检测次数x
43
，如图2所示。
[0035]
在井下操作指标的评估数据中，月操作失误率x
11
通过对操作人员在煤矿采煤工作面作业的一个月内的操作失误次数进行统计得到；操作人员培训合格率x
12
通过一个月内的操作人员的总数量与下井作业人员数量的比值确定；月违章率x
13
通过在煤矿采煤工作面作业的一个月内违章次数进行统计得到。
[0036]
在井下设备指标的评估数据中，电器防护率x
21
根据部署的电器设备的总数量与安装防爆单元的电器设备的数量比值确定；设备可靠性x
22
通过煤矿采煤工作面的一年内设备损坏的概率确定；月设备维修率x
23
通过煤矿采煤工作面一个月内设备维修次数统计得到。
[0037]
在井下环境指标的评估数据中，可燃物数量x
31
为煤矿采煤工作面当前月(即当前作业周期)内的可燃物的数量，通风是否顺畅x
32
表征煤矿采煤工作面当前月内的通风井是否正常工作；消防器材数量x
33
为在煤矿采煤工作面当前月内的灭火器等灭火设备的总数。
[0038]
在安全部署指标的评估数据中，安全监测点数量为煤矿采煤工作面当前月内部署的安全监控点总数，安全监测点的监测设备是否正常x
42
表示在安全监测点部署的传感器、摄像头等监测设备是否正常工作，月监测设备的检测次数x
43
通过对煤矿采煤工作面一个月内监测设备的巡检次数进行统计得到。
[0039]
在本技术中，对外因火灾风险评价指标进行一致性校验时，具体为：根据采集的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中的外因火灾安全风险评价指标的评估数据，对外因火灾风险评价指标依次进行信度校验和效度校验。
[0040]
其中，在进行信度校验时，对采集到的外因火灾风险评价指标的评估数据进行分析标注，通过对每一类外因火灾风险评价指标中的每一项中的评估数据分别进行拟合，去除评估数据中的噪声数据(明显偏离拟合曲线的数据)后，其余数据作为可用于进行采煤工作面风险评价的样本数据。
[0041]
对通过信度校验的样本数据，分别基于spss软件，通过信度校验因子kmo和bart l ett对每一类外因火灾风险评价指标进行球形校验，对kmo大于0.6且s ig显著性小于0.05的外因火灾风险评价指标可以对采煤工作面进行风险评价。
[0042]
步骤s102、基于组合赋权模型，根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的外因火灾风险评价指标的指标权重。
[0043]
本技术中，第一权重主要为井下操作指标x1和安全部署指标x4对应的权重，第二权重为井下设备指标x2和井下环境指标x3对应的权重。具体的，在计算外因火灾风险评价指标的第一权重时，利用将评估数据形成数据矩阵，然后对原始指标数据进行标准化处理，计算
出对应的外因火灾风险评价指标的权重、熵权、差异系数、权数，最后，可计算外因火灾安全风险评价指标体系中的全部外因火灾风险评价指标的第一权重。
[0044]
本技术中，n个外因火灾风险评价指标共采集m组数据样本(即评估数据为有m组数据的集合,m为正整数)，这m个数据形成外因火灾风险评价指标的数据矩阵a，如公式(1)所示，公式(1)如下：
[0045][0046]
其中，x
ji
为第j个外因火灾风险评价指标的第i个数据样本。
[0047]
由于每个外因火灾风险评价指标中均包含多个不同的指标，每个指标的量纲、数量级均存在差异，为消除量纲对评价结果的影响，在此，对个指标进行标准化处理。具体的，对正向指标按照公式(1)进行无量纲化处理，对负向指标按照公式(2)进行无量纲化处理，公式(1)、公式(2)分别如下：
[0048][0049][0050]
其中，定义井下操作指标x1和井下设备指标x2为负向指标，井下环境指标x3和安全部署指标x4为正向指标。x
′
ji
为x
ji
的标准化处理，min(x
11
,
……
,x
nm
)为数据矩阵a中最小指标数值；
[0051]
max(x
11
,
……
,x
nm
)为数据矩阵a中最大指标数值。
[0052]
然后，按照公式(3)计算第j个外因火灾风险评价指标的第i个数据样本x
ji
的权重p
ji
，公式(3)如下：
[0053][0054]
按照公式(4)计算第j个外因火灾风险评价指标的熵权ej，公式(4)如下：
[0055][0056]
其中，
[0057]
按照公式(5)计算第j个外因火灾风险评价指标的差异系数gj，公式(5)如下：
[0058][0059]
其中，
[0060]
按照公式(6)计算第j个外因火灾风险评价指标的权数wj，公式(6)如下：
[0061][0062]
最后，按照公式(7)得到第j个外因火灾风险评价指标的第一权重，公式(7)如下：
[0063][0064]
其中，为第j个外因火灾风险评价指标的第一权重。
[0065]
在计算外因火灾风险评价指标的第二权重时，通过对外因火灾安全风险评价指标体系中的全部外因火灾风险评价指标进行标准化，得到外因火灾风险评价指标的熵值权重，将熵值权重作为第二权重。其中，标准化公式如公式(1)、公式(2)所示，按照公式(3)得到第j个外因火灾风险评价指标的第i个数据样本x
ji
的权重p
ji
，按照公式(4)得到第j个外因火灾风险评价指标的熵权ej，最后，按照公式(8)计算第j个外因火灾风险评价指标的熵值权重，即第二权重公式(8)如下：
[0066][0067]
在得到外因火灾风险评价指标的第一权重、第二权重后，通过预先构建的组合赋权模型确定外因火灾风险评价指标的指标权重。具体的，组合赋权模型为：
[0068][0069]
其中，为外因火灾风险评价指标的指标权重；为外因火灾风险评价指标的第一权重；为外因火灾风险评价指标的第二权重；u为常数；j＝1,2，
…
，n；n为自然数，表示通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的数量。
[0070]
步骤s103、根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的评估数据，基于预设的第一安全关联度模型，计算对应的外因火灾风险评价指标的安全关联度。
[0071]
具体的，第一安全关联度模型如公式(10)所示，公式(10)如下：
[0072][0073]
其中,xj为第j个外因火灾风险评价指标；vj为第j个外因火灾风险评价指标对应的实际数值；；vk为第j个风险评价指标xj关于第k个安全等级的节域；v
jk
为第j个外因火灾风险评价指标的节域长度，v
jk
＝a
pj-b
pj
；kk(xj)为外因火灾风险评价指标xj关于第k个安全等级的关联度；ρ(vj,v
jk
)为vj与v
jk
的距；ρ(vj,vk)为vj与节域vk的距；(a
pj
,b
pj
)为第j个风险评价指标xj在全部等级的区间量值；j为外因火灾风险评价指标的序号，j为正整数；k＝1,2，
…
，p,p为煤矿采煤工作面外因火灾风险评价指标划分的安全等级数量，p为正整数。
[0074]
其中，按照公式(11)计算ρ(vj,v
jk
)和ρ(vj,vk)，公式(11)如下：
[0075][0076]
本技术中，根据煤矿采煤工作面外因火灾风险评价的历史数据对选择的外因火灾风险评价指标进行等级划分，煤矿采煤工作面外因火灾风险评价的历史数据为煤矿采煤工作面外因火灾发生的概率。具体的，基于预设的风险等级阈值，通过煤矿采煤工作面外因火灾发生的概率与预设的风险等级阈值进行比较，将煤矿采煤工作面外因火灾风险划分为p
个安全等级。
[0077]
本技术中，将煤矿采煤工作面外因火灾风险的外因火灾风险评价指标作为待评价基本物元，其表达式如下所示：
[0078][0079]
r0表示风险评价指标的基本物元矩阵。
[0080]
然后，构建待评价基本物元的经典域，如下所示：
[0081][0082]
其中，rk表示第j个外因火灾风险评价指标xj的经典域，ck为煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标的第k个安全等级，(a
kj
,b
kj
)为第j个外因火灾风险评价指标xj的量值范围。
[0083]
最后，将经典域中指标值的区间替换为对应的外因火灾风险评价指标在各等级的区间量值，即为第j个外因火灾风险评价指标xj关于第k个安全等级的节域vk，如下所示：
[0084][0085]
其中，p为煤矿采煤工作面外因火灾风险评价指标划分的安全等级数量；(a
pj
,b
pj
)为第j个外因火灾风险评价指标xj在全部等级的区间量值。
[0086]
步骤s104、根据外因火灾风险评价指标的安全关联度和指标权重，基于预设的第二安全度关联模型，计算煤矿采煤工作面的安全关联度系数，以确定采煤工作面外因火灾安全风险等级。
[0087]
本技术中，第二安全关联度模型为：
[0088][0089]
其中，kk(r0)为煤矿采煤工作面的安全关联度系数；r0为待评价的外因火灾风险评价指标的基本物元矩阵；kk(xj)为第j个外因火灾风险评价指标xj的安全关联度；外因火灾风险评价指标的指标权重。
[0090]
在本技术中，在得到煤矿采煤工作面的安全关联度系数后，将得到的采煤工作面的安全关联度系数与煤矿采煤工作面外因火灾风险划分的p个安全等级进行比较，确定安全关联度系数所在的等级区间，进而确定采煤工作面外因火灾安全风险等级。
[0091]
通过本技术的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法，可以有效利用外因火灾风险评价指标的相关性，对煤矿采煤工作面进行外因火灾安全风险评价，使评价结果更
加准确，提高了评价过程的科学性和评价结果的精确度。
[0092]
如图3所示，本技术的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价系统包括：一致性校验单元301，配置为根据获取的外因火灾风险评价指标的评估数据，对相应的外因火灾风险评价指标进行一致性校验；其中，外因火灾风险评价指标包含于预先确定的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价指标体系中；指标权重单元302，配置为基于组合赋权模型，根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的第一权重和第二权重，计算对应的外因火灾风险评价指标的指标权重；关联度单元303，配置为根据通过一致性校验的外因火灾风险评价指标的评估数据，基于预设的第一安全关联度模型，计算对应的外因火灾风险评价指标的安全关联度；关联系数单元304，配置为根据外因火灾风险评价指标的安全关联度和指标权重，基于预设的第二安全关联度模型，计算煤矿采煤工作面的安全关联度系数，以确定采煤工作面外因火灾安全风险等级。
[0093]
本技术提供的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价系统能够实现上述任一实施例的煤矿采煤工作面外因火灾安全风险评价方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
[0094]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。