基于fa-ahp分析法的爆破飛石傷事故風(fēng)險(xiǎn)分析

基于fa-ahp分析法的爆破飛石傷事故風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)礦山事故統(tǒng)計(jì)，爆炸事故占所有事故總數(shù)的40%以上，飛爆石造成的人員死亡占爆炸事故的20%左右。因此,對(duì)礦山爆破飛石事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析尤為重要。事故樹分析法(FTA)是從特定事故或故障(頂上事件)開始,層層分析其發(fā)生原因,直到找出事故的基本原因(基本事件)為止,并分析這些事故原因之間的相互邏輯關(guān)系,是一種演繹分析法,可以用來(lái)分析爆破飛石傷人事故。但是由于其基本事件概率獲取比較難,較難準(zhǔn)確地進(jìn)行定量分析。因此本文引入層次分析法(AHP)的權(quán)值計(jì)算來(lái)改進(jìn)其定量分析,直觀地分析影響爆破飛石傷人事故的主要因素及排序,以便有效地預(yù)防和控制該類事故的發(fā)生。1f-fp分析1.1陽(yáng)離子taccihentfig從結(jié)果到原因描繪事件發(fā)生的有向邏輯樹進(jìn)行演繹分析,尋求防止結(jié)果事件發(fā)生的對(duì)策,稱為事故樹分析法(FaultAccidentTree),簡(jiǎn)稱FTA。事故樹是一種邏輯分析過(guò)程,把系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件作為事故樹的頂上事件,使用布爾邏輯門(與門、或門等)產(chǎn)生的系統(tǒng)故障邏輯模型來(lái)描述設(shè)備故障和人為失誤等基本原因?qū)е马斏鲜录陌l(fā)生。這些基本原因事件即為事故樹的基本事件,它們對(duì)頂上事件均有影響,但影響程度不同。1.2ierarcyn行動(dòng)美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.Satty于20世紀(jì)70年代初最早提出了層次分析法AHP(TheAnalyticHierarchyProcess),該方法是定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,先分析系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系,建立系統(tǒng)遞階層次結(jié)構(gòu),然后對(duì)同一層次的各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造判斷矩陣,由判斷矩陣計(jì)算被比較元素對(duì)于該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn),最后可得出各層元素對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)的合成權(quán)重,并進(jìn)行排序。1.3fta-ahp分析方法的基本原理事故樹是由許多基本事件所構(gòu)成,但這些基本事件對(duì)頂上事件的影響程度是不同的,基本事件對(duì)頂上事件的影響程度即為事故樹中基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。AHP分析法中各基本因素對(duì)目標(biāo)層的重要程度可以用指標(biāo)層中各因素的合成權(quán)重來(lái)表示。因此將兩種方法綜合起來(lái)得出了FTA-AHP分析法,即根據(jù)系統(tǒng)的事故樹構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型,將層次分析中指標(biāo)層的各因素與事故樹中的各基本事件相對(duì)應(yīng),在建立層次分析法判斷矩陣的過(guò)程中引入事故樹中基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,利用各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,通過(guò)兩兩比較來(lái)構(gòu)造層次分析法的判斷矩陣,然后計(jì)算各層元素對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)的權(quán)重。FTA-AHP分析法和傳統(tǒng)層次分析法相比,計(jì)算過(guò)程基本相同,不同的是傳統(tǒng)層次分析法在構(gòu)建判斷矩陣時(shí)采用專家打分法,分析結(jié)果完全取決于專家對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解程度,很多情況下判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)存在問(wèn)題,需要不斷地進(jìn)行調(diào)整才可以;而FTA-AHP分析法則是直接引入事故樹分析中的基本事件結(jié)構(gòu)重要度的大小比值來(lái)構(gòu)建判斷矩陣,對(duì)于特定的系統(tǒng)事故樹具有相應(yīng)的特征,與傳統(tǒng)的層次分析法相比較,結(jié)果具有客觀性及可信度。又因?yàn)榕袛嗑仃囈恢?因此能夠滿足一致性要求,不需要調(diào)整,計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單化。2礦工爆炸飛石事故風(fēng)險(xiǎn)分析2.1預(yù)防事故樹的建立將爆破飛石傷人事故作為事故樹的頂上事件,有兩種情況:警戒區(qū)內(nèi)飛石傷人、警戒區(qū)外飛石傷人,分別對(duì)每種情況發(fā)生的原因進(jìn)行層層分析,運(yùn)用邏輯推理,逐步找出引起頂上事故發(fā)生的所有的最基本的原因事件,建立起事故樹,如圖1所示。表1為事故樹事件符號(hào)及其含義。2.2爆破設(shè)計(jì)事件原因分析將礦山爆破飛石傷人事故作為層次分析模型的目標(biāo)層,對(duì)其13個(gè)基本事件進(jìn)行原因分析,按照爆破設(shè)計(jì)、爆破操作、安全管理與環(huán)境3個(gè)方面進(jìn)行歸類,作為層次分析模型的準(zhǔn)則層,各基本事件歸類到3個(gè)準(zhǔn)則層因素中作為指標(biāo)層,從而構(gòu)建了層次分析結(jié)構(gòu)模型,見(jiàn)表2。2.3基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析基本事件對(duì)頂上事件的影響程度,即分析事故樹基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。本事故樹或門邏輯關(guān)系多,利用最小割集來(lái)計(jì)算基本事件的結(jié)構(gòu)重要度比較復(fù)雜,因此采用將事故樹轉(zhuǎn)化為成功樹,求最小徑集的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算?；臼录慕Y(jié)構(gòu)重要度:式中,k為最小徑集數(shù)目;m為包含基本事件Xi的最小徑集數(shù);Rj為基本事件Xi所屬的第j個(gè)最小徑集中基本事件的數(shù)目。通過(guò)對(duì)礦山爆破飛石傷人事故樹分析,得出2個(gè)最小徑集:通過(guò)以上公式可以計(jì)算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,事件X1~X8的結(jié)構(gòu)重要度相等,為7/72,事件X9的結(jié)構(gòu)重要度為1/18,事件X10~X13的結(jié)構(gòu)重要度相等,為1/24。2.4各因素權(quán)重的層次分析的判斷矩陣A=(aij)可以通過(guò)同一層次中的各因素之間進(jìn)行兩兩比較建立,層次分析的基礎(chǔ)是構(gòu)造判斷矩陣,通過(guò)計(jì)算判斷矩陣即可得出各因素對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。FTA-AHP分析法是將事故樹中基本事件的結(jié)構(gòu)重要度引入到層次分析法判斷矩陣的建立中,對(duì)于準(zhǔn)則層中的各因素來(lái)說(shuō),它們都包含一定量的指標(biāo)層因素,則每個(gè)準(zhǔn)則層因素的結(jié)構(gòu)重要度由所包含的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度的和來(lái)表示,即。(aij)取整數(shù),則目標(biāo)層與準(zhǔn)則層之間的判斷矩陣aij可表示:式中,m、n分別為準(zhǔn)則層各因素中對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層中所含有的因素;i、j分別為準(zhǔn)則層判斷矩陣的第i行和第j列。準(zhǔn)則層中的各因素都包含一定量的指標(biāo)層因素,利用各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行兩兩比較,得出了準(zhǔn)則層與指標(biāo)層之間的判斷矩陣bij可由下式表示:式中,i、j分別為指標(biāo)層判斷矩陣的第i行和第j列。建立判斷矩陣后,按照傳統(tǒng)的層次分析法計(jì)算各因素對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。根據(jù)指標(biāo)層中各因素的結(jié)構(gòu)重要度,求和可算出準(zhǔn)則層各因素的結(jié)構(gòu)重要度Iφ(B1)~Iφ(B3)分別為:23/72,5/36和39/72。根據(jù)準(zhǔn)則層的判斷矩陣,對(duì)其進(jìn)行計(jì)算權(quán)重,并進(jìn)行一致性檢驗(yàn),見(jiàn)表3。根據(jù)式(3),對(duì)指標(biāo)層中各因素的結(jié)構(gòu)重要度兩兩比較,可得出指標(biāo)層的判斷矩陣。將準(zhǔn)則層的權(quán)重與指標(biāo)層中各因素的權(quán)重結(jié)合起來(lái),則可以計(jì)算得出各因素對(duì)于目標(biāo)層的合成權(quán)重。綜上X1~X13的合成權(quán)重為W=(0.1039,0.1039,0.1039,0.0952,0.0816,0.0816,0.1039,0.1039,0.0519,0.0408,0.0408,0.0408,0.0476).3結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算由于事故樹中各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度與層次分析法中指標(biāo)層中各因素對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重含義相同,因此可以將兩種結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)前面分析,對(duì)于礦山爆破飛石傷人事故,利用FTA分析法得出各基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)?Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)=Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)>Iφ(9)>Iφ(10)=Iφ(11)=Iφ(12)=Iφ(13).利用FTA-AHP分析法,得出各基本事件即各因素對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重W1=W2=W3=W7=W8>W4>W5=W6>W9>W13>W10=W11=W12.通過(guò)分析得出,FTA分析法中結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算忽略了基本事件發(fā)生概率對(duì)頂上事件發(fā)生的影響;FTA-AHP分析法引入層次分析法的權(quán)值計(jì)算,改進(jìn)了事故樹的定量分析,可以將各基本事件對(duì)頂上事件的影響程度更好的區(qū)分。4判斷矩陣的建立(1)采用FTA-AHP分析法對(duì)礦山爆破飛石傷人事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,直接引入事故樹分析中的基本事件結(jié)構(gòu)重要度的大小比值來(lái)構(gòu)建判斷矩陣,避免了傳統(tǒng)層次分析