利用AHP评价金属矿山火灾风险

褚 备 陈国芳

江西理工大学资源与环境工程学院

金属矿山火灾在我国的矿山事故中时有发生，其频率并不是很高，但是其危害却十分巨大，常能造成重大的人员伤亡和财产损失。而我国金属矿山重大恶性火灾事故较多，据统计，1957～1979年的22年间，金属矿山共发生重大外因火灾事故16起，死亡200余人,直接损失一千多万元[1]。所以对金属矿山火灾的风险评价就显得十分的重要。而目前我国矿井火灾的风险评价主要是针对煤矿的，而针对金属矿山的研究较少。针对于此，本文考虑使用层次分析法（AHP法）对金属矿山火灾风险进行评价分析。

1 层次分析法简介

层次分析法是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。在系统工程中，层次分析法的应用十分广泛，被成功的应用于各种风险评价中，是一种非常成熟的评价方法，并且之前被用在了煤矿矿井火灾的防治当中[2]。金属矿山的内部情况同煤矿有所不同，但是对于金属矿山的火灾风险评价，层次分析法同样适用。按照层次分析法的原理，对金属矿山进行风险评价的步骤，如图1。

2 金属矿山火灾发生原因分析

要对金属矿山进行风险评价，必须先建立风险评价指标体系，首先要分析出火灾的原因。分析金属矿山的火灾原因时，可以分为三种原因[3]：

图1 金属矿山层次分析法步骤图

2.1 外因火灾

（1）电弧和电火花。在井下，电气设备等因为各种原因，如短路时会释放出电弧，或者因为一些原因引发的静电也会造成电火花，这些电弧和电火花很可能会引燃可燃性气体或物质。

（2）明火。金属矿山井下常见的明火有电石灯火焰、点燃的香烟、乙炔焰、打火机点燃的火焰等。电石灯的火焰温度非常高，容易引燃矿井下面的一些可燃物。矿工在井下吸烟时，点燃的打火机火焰以及随地乱丢的烟头都可能会引发火灾。

（3）机械发热。矿井下面运行的各种机械的过热也是不可忽视的引火源的一种。

2.2 内因火灾

金属矿山不同于煤矿，内因火灾主要由硫化矿石自燃引起。硫化矿石种类繁多，能引起内因火灾的主要有黄铁矿、胶状黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿等[4]。引起硫化矿石自燃的原因主要有3方面：

（1）硫化矿石中硫的含量。硫的含量的多少是决定硫化矿石自燃的主要因素。

（2）矿体的厚度与倾角。资料显示，容易发生自燃的硫化矿床厚度大多大于8m。

（3）采矿方法。采矿的方法不同也会影响到硫化矿石的自燃。

2.3 管理和救灾引起的火灾

主要分为管理引起的火灾和救灾引发的火灾。管理体系的不完善，人员教育不到位，应急救援体系未建立或建立不完善，都是引发火灾的原因。而在一些事故的救灾活动中，由于救灾的人员引发的二次火灾也是火灾发生的一个不可忽略的原因。

3 实例分析

下面将使用层次分析法，对赣州某铁矿进行火灾安全风险评价。

3.1 建立层次结构

根据上面分析出的金属矿山火灾发生原因，通过对，可以建立出层次分析结构模型，如图2。

图2 金属矿山火灾层次分析模型

3.2 构造判断矩阵并计算权系数

层次分析法的方法是根据指标体系，对每一层的指标的重要程度进行两两对比，依据表1列出的评分标准，按照重要度等级进行评分[5]，可得出判断矩阵 ：A=（aij）nxn

表1 评分标准

在金属矿山火灾风险评价中，据图2所列出的层次分析模型，首先对首层参数采用专家评分的方式对外因火灾、内因火灾和管理和救灾三方面进行对比后对 进行赋值建立判断矩阵，见表2。

表2 C-A判断矩阵

根据上述方法公式得出权系数ω1=0.1047，ω2=0.2583，ω3=0.6370。

为了避免逻辑上的误差，需要通过判断致性进行检验。首先求出矩阵的一次性指标CI=，然后求随机一次性比率CR=，其中RI为判断矩阵的平均随机一次性指标，根据矩阵阶数的不同，RI的值对应，见表3。

表3 判断矩阵的平均随机一次性指标

如果CR<0.1，则该矩阵通过一次性检验。在上述实例中通过一致性检验得出CR=0.0332，小于0.1，所以通过一次性检验。同样的方法，对于第二层得出判断矩阵，见表4、5、6。

表4 P-C1判断矩阵

表5 P-C2判断矩阵

表6 P-C3判断矩阵

Matlab分别对上述判断矩阵进行计算和一致性检验，得出P层次的权重值，并使用Excel经过计算列出P层相对于C层的总排序，见表7。

经过Matlab的分析上述数据全部通过一致性检验。

表7 P层的权重及总排序

3.3 综合评价

表7的评估结果可以得到金属矿山火灾风险权重的排序，根据排序可知，管理因素（P7）和救灾因素（P8）是金属矿山火灾风险的主要因素，而电器设备造成的外因火灾等，大多是也是因为管理不当造成的。那么根据赣州某铁矿的安全现状，对其安全性评价进行打分，其打分标准为[6]：

本项安全状况优90～100分、本项安全状况良好80～90分、本项安全状况差70～79分、本项安全状况非常差0～69分，并据此对本矿山的安全状况进行专家评定打分，为方便计算统一将分数定为只能打5的整数倍，然后得出评分矩阵D：

其中d1，d2，…，d8为P1至P8项的安全评价得分。因此矿山的安全评价总得分即为：

根据表8列出来的火灾等级划分可知，本铁矿安全等级属于III级，属于不安全矿井，需要在防火方面予以加强。

表8 矿山火灾安全等级划分表[7]

4 结论

（1）通过对金属矿山的火灾发生原因的详细分析，可以建立起以层次分析法为基础的金属矿山火灾风险评价指标体系。使用层次分析法建立评价模型，并通过专家现场打分确定评价体系中各个因子的相对权重，从而，得出判断矩阵，最终通过计算对金属矿山的火灾风险进行评价。因为评价中的模糊指标得到量化，所以层次分析法可以更加准确的确定金属矿山的火灾风险。

（2）通过本次层次分析法评价分析可以看出，管理和救灾因素是金属矿山火灾风险中最为重要的因素，其中管理因素尤为重要。通过加强对矿山的安全管理，完善防火救灾体系，能够很好的避免火灾的发生。

[1]刘正宇,李爱兵,邹平,等.非煤矿山火灾事故应急救援适用性技术分析[J].采矿技术,2010,10(5):43-45

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[3]张琳琳.金属矿山井下火灾预警监测体系研究[D].辽宁:东北大学,2009

[4]赵国彦,古德生,吴超.硫化矿床内因火灾综合防治措施研究[J].矿业研究与开发,2001,21(1):17-19

[5]胡运权.运筹学教程（第三版）[M].北京:清华大学出版社,2007

[6]王文才,侯涛,杨驭东,等.基于AHP的潘津煤矿自燃火灾安全评价体系研究[J].矿业研究与开发,2012,32(5):98-101

[7]徐义勇,刘琦.煤矿火灾安全评价指标体系构建与应用[J].煤,2010,19(12):16-18