摘要： 运用模糊层次综合评价法对竹毛沟尾矿库进行安全评价。首先采用层次分析法确定尾矿库各因素权重，接着对权重与初级层次隶属度集进行计算，最后采用最大隶属原则确定尾矿库安全等级。得到尾矿库各单元的权重，企业应重点保障加强尾矿库排洪及坝体稳定系统的可靠性，并重视观测设施及安全管理维护系统；同时得出结论――尾矿库属于正常库，符合安全生产要求。 Abstract： The fuzzy hierarchy comprehensive evaluation method is used to carry out safety assessment of Zhu Mao ditch tailings. The fuzzy hierarchy comprehensive evaluation method is used to analyze the factor weight the tailings. Then， the weight and primary level membership are calculated. Finally， the maximum membership principle is used to determine the tailings safe level to get the weight of each unit in the tailings. Enterprises should ensure the strengthening of reliability of tailings drainage system and dam stability and pay attention to the observation facilities and maintain safety management system. At the same time， it is obtained that the tailing is normal， which meets the requirements of safety production. 关键词： 尾矿库；安全评价；层次分析法；模糊综合评价法 Key words： tailings reservoir；safety evaluation；analytic hierarchy process；fuzzy comprehensive evaluation method 中图分类号：TD928 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0066-04 0 引言 竹毛沟尾矿库以往的安全评价层次复杂、指标多样、系统性不强。同时由于一些统计方法的受限性、地质资料的偏差等，出现某些对象的影响因素只能定性却不能定量描述等问题，使得尾矿库安全评价方案选择具有很大的不确定性[1]。对于该情况，竹毛沟尾矿库从危险性和安全管理的角度创建尾矿库安全评价因素综合体系，然后使层次分析法和模糊综合评价法相结合，弄清楚评价因素体系层次结构，使尾矿库的安全状况得以如实的反应出来。 1 尾矿库简介 竹毛沟尾矿库处在河南省栾川县境内。尾矿库三面环山，是山谷型的尾矿库，其总坝高为36m，总库容为257500m3。初期坝为浆砌石坝，堆积坝由尾砂堆筑而成，库内山体较缓，坡度为25°～35°，沟总长约550m，宽约220m。据勘察表明，尾矿库的选址区和它的周围没有新的断层，没有山体滑坡、山体坍塌、碎屑流、采空的区域、地面下沉等地质灾害。该区域地质特性稳定性好，适用于作为建设用地。尾矿库排洪方式为：排水斜槽―连接井―排水涵管排水，同时设置了山坡截洪沟及坝面排水沟等用来排放山坡汇集水及坝面积水。库区有浸润线观测、水文作用观测、初期坝及坝体位移观测项目。并且还安排有专业安全人员对尾矿库进行管理。 2 评价方法及程序 2.1 建立评价因素指标体系 第一步把整个尾矿库系统分为4个单元，记为Vi；其中i=1，2...，n。再把影响每个单元的各个因素指标表示出来，记为Uij；其中i，j=1，2，…，n。 2.2 运用层次分析法求权重 首先给每个单元及各个单元中的因素指标赋值，建立判断矩阵，运用权重计算方法中的方根法求解因素权重向量，再对权重向量进行归一化处理并求出其最大特征根进行一致性检验，最后求出各个因素及综合指标权重向量。 2.3 运用模糊综合法对尾矿库系统危险程度进行评价 首先把该尾矿库系统危险严重程度分为 4 级，其等级论域为：H= {危库 H1、险库 H2、病库 H3、正常库 H4}[2]。其次，评价者根据模糊逐级估量法对各单元中各个因素打分，得出隶属度集并建立评价矩阵。再运用层次分析法求出权重，从而得出各评价单元的隶属集合。依据最大隶属度，得出合理、有效的评价结果。 3 建立尾矿库系统安全评价因素体系 依据人、机、环、管四个因素的安全评价法进行评价，通过对尾矿库系统人员的安全意识、系统的危险程度、库区的环境、整体的管理状况等因素的分析，根据尾矿库系统本身的危险程度、现实的安全性及安全管理方面，建立系统因素分析评价体系。基于以上观点，建立图1所示指标。 4 运用层次分析法对尾矿库系统进行评价 层次分析法是一种将定性与定量分析方法相结合的多目标决策分析法，它能将定性问题定量化，适用于指标多、层次复杂的问题，把要解决的问题看做一个整体，对其进行综合性的评价并且做出合理的决策，尤其是对于既有定量又有定性因素的问题[3]。 使用层次分析法求出尾矿库评价因素的权重： 层次分析法的主要思想是通过将复杂问题划分为多个层次和多个因素，对相互指标之间的重要程度进行打分，建立判断矩阵，然后计算出判断矩阵的最大特征值及对应的特征向量，就可得出不同目标的权重值，权重值之间进行相互比较就可以得出最佳的方案[4]。针对尾矿库的安全属性，建立综合因素评价集V=（V1，V2，V3，V4），四个单元为坝体平稳性单元、库区排水单元，观测项目单元，安全维护与管理单元。 4.1 建立判断矩阵 对尾矿库来说，通过对大量历史资料的分析研究及两两因素重要程度的比较，建立判断矩阵，其参照 1-9 量化值及因素对照表（表1）[5]，比较 V 中各因素重要程度并请专家对其进行打分，得出 V-Vi 判断矩阵。如表2所示。 4.2 求因素权重矩阵 权重的计算方法主要有：方根法、和积法、最小二乘法等，本文采用方根法求解因素权重向量W[1]。 4.3 判断矩阵的一致性检验 判断矩阵不能无限制的偏离一致性条件，所以，必须对判断矩阵进行一致性检验，检验其是否能被认同。其公式为CR=CI/RI。CI为一致性检验指标。CI=（？姿max-n）/（n-1），判断矩阵阶数为n，平均随机一致性指标为RI[6]。如表3。 当CR 经计算V-Vi判断矩阵中，CR=0.06 4.4 求各因素权重 如上采用层次分析法确定单元评价集V1，V2，V3，V4中各因素对系统V的权重，建立判断矩阵如表4-表7。同上步骤，求出各因素权重A1，A2，A3，A4。 最终综合权重向量如下所示： CR=0.06 CR1=0.07 CR2=0.09 CR3=0.00 CR4=0.07 5 模糊综合评价计算 模糊综合评价法是基于模糊数学的一种综合性评价方法，该法根据模糊数学的隶属度原理使定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对涉及多因素的复杂问题做出一个整体的评价，其结果明确、整体性强，使模糊的、难以量化的问题得到较好的解决，所以其适合各种不确定性问题的解决。模糊综合评价的实质是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，整体性考虑与被评价对象之间相关的各个因素从而对系统所作的综合性评价[7]。 5.1 初级层次隶属度集的确定及计算 模糊逐级估量法，是一种以多值逻辑为基础的连续值隶属函数的方法，其实质是使参与评价的专业人士对该部分全部的等级作比较，把最好的一个等级确定下来，然后给这个最好的等级一个最高的自信度分数值，使其作为参照标准，然后使其他等级与该参照标准作比较进行评估赋值，最后把全部等级评估打分[8]。将专业人士逐级评估的结果统计整理，得出该评价部分各单因素评价值，然后把各单因素评价值的集合组成评判矩阵R。 首先对坝体平稳性单元隶属度集进行确定。依据系统危险性的等级进行划分，假设尾矿库的安全等级分为四级，即 H={危库 H1、险库 H2、病库 H3、正常库 H4}。邀请10位专业人士对其进行逐级评估，认为该单元中的筑坝方式及工艺符合危库、险库、病库、正常库各等级的比例分别是0.00，0.10，0.30，0.60，即没有人认为尾矿库坝体平稳性单元中的筑坝方式及工艺是危库，其中有10%认为是险库，30%认为是病库，60%认为是正常库。同理，设尾矿颗粒组成及物理特性各级别比例分别为0.00，0.00，0.20，0.80；坝体裂隙情况各级别比例分别为0.10，0.20，0.30，0.40；尾矿排放各级别比例分别为0.15，0.25，0.20，0.40；坝体抗震能力各级别比例分别为0.00，0.15，0.35，0.50；库区排水能力各级别比例分别0.00，0.20，0.35，0.45；排水渠稳定性各级别比例分别为 0.00，0.00，0.30，0.70；排水设施完好性的各级别比例分别为0.00，0.15，0.45，0.40；坝体移动观测及水文观测各级别比例分别为0.20，0.20，0.30，0.30；坝体浸润线观测各级别比例分别为0.10，0.20，0.30，0.40；安全管理机构设置各级比分别0.00，0.20，0.35，0.45；安全管理记录各级别比例分别为0.00，0.00，0.40，0.60；尾矿库设施维护与管理各级别比例分别为0.00，0.00，0.20，0.80。 由图1尾矿库系统综合因素评价体系可知，影响坝体平稳性单元的因素有5个，因此建立的评价指标集为：V1=（U11，U12，U13，U14，U15）。且根据以上运算的模糊权重 A1=（0.19，0.11，0.33，0.10，0.27），利用公式： B=A*R 式中：B评判集结果； A因素集权重； R初级层次隶属集。 5.2 尾矿库系统综合评价结果 由于竹毛沟尾矿库系统的安全性已经被分为 4 个等级，H={危库H1、险库H2、病库H3、正常库H4}，依据最大隶属度原则，可以得出该尾矿库系统的安全性是正常的，表明该尾矿库安全系统合格。 6 结论 层次分析法的分析与计算得：尾矿库坝体平稳性单元权重0.29、库区排水系统单元权重0.45，观测项目单元权重0.14，安全维护与管理单元权重0.12。所以企业应重点保障加强尾矿库排水及坝体平稳系统的可靠性，并重视观测设施及管理维护系统。 模糊综合评价法计算得出尾矿库危险等级综合评价结果为0.04，0.16，0.33，0.47。即危库值为0.04、险库值为0.16、病库值为0.33、正常库值为0.47，得出尾矿库属于正常库，符合安全生产要求。 运用模糊层次综合评价法对竹毛沟尾矿库进行安全评价，消除了因素复杂多变难于划分权重的问题，同时也规避了以单一因素决策的不完善性及因人为主观行为不同所造成的决策上的不确定性。特别是对于模糊的、难以量化的且层次复杂的相关问题，提供了更科学、准确、合理的一种评判方法。 同时对已经投入使用的尾矿库进行定期的风险评估，不仅可以了解尾矿库现实的安全情况，发现发现库区的不安全因素，合理明确地规划库区修复加固的时间和划拨资金用量，而且能够完善库区安全工作的管理制度、监控预报等工作的效果，及时察觉影响大坝的不安全因素，从而更好地对尾矿库的管理及安全状况进行改进，切实保障尾矿库的安全。 参考文献： [1]王新民，赵彬，张钦礼.基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择[J].中南大学学报（自然科学版），2008（5）：875-880. [2]尾矿库安全管理规定（中华人民共和国经济贸易委员会20号令）[S].2000-11-06. [3]李俊芳，吴小萍.基于AHP-FUZZY多层次评判的城市轨道交通线网规划方案综合评价[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2007（2）：205-208. [4]郭金玉，张忠彬，孙庆云. 层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008（5）：148-153. [5]刘畅，徐必根，唐绍辉.基于AHP的尾矿库灾害风险评估方法研究[J].有色金属（矿山部分），2012（6）：87-91. [6]Metin Dagdewrien. A fuzzy analytic network process（ANP） model to identify faulty behavior risk （FBR） in work system[J]. Safety science， 2008（46）：771-783. [7]杨凯，吕淑然，张媛媛.基于模糊层次分析法的某尾矿库风险综合评价[J].工业建筑，2014（S1）：825-829. [8]贺北方，于章林，刘正才.多级模糊层次综合评价的数学模型及应用[J].系统工程理论与实践，1989（6）：1-6.
摘要： 运用模糊层次综合评价法对竹毛沟尾矿库进行安全评价。首先采用层次分析法确定尾矿库各因素权重，接着对权重与初级层次隶属度集进行计算，最后采用最大隶属原则确定尾矿库安全等级。得到尾矿库各单元的权重，企业应重点保障加强尾矿库排洪及坝体稳定系统的可靠性，并重视观测设施及安全管理维护系统；同时得出结论――尾矿库属于正常库，符合安全生产要求。 Abstract： The fuzzy hierarchy comprehensive evaluation method is used to carry out safety assessment of Zhu Mao ditch tailings. The fuzzy hierarchy comprehensive evaluation method is used to analyze the factor weight the tailings. Then， the weight and primary level membership are calculated. Finally， the maximum membership principle is used to determine the tailings safe level to get the weight of each unit in the tailings. Enterprises should ensure the strengthening of reliability of tailings drainage system and dam stability and pay attention to the observation facilities and maintain safety management system. At the same time， it is obtained that the tailing is normal， which meets the requirements of safety production. 关键词： 尾矿库；安全评价；层次分析法；模糊综合评价法 Key words： tailings reservoir；safety evaluation；analytic hierarchy process；fuzzy comprehensive evaluation method 中图分类号：TD928 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0066-04 0 引言 竹毛沟尾矿库以往的安全评价层次复杂、指标多样、系统性不强。同时由于一些统计方法的受限性、地质资料的偏差等，出现某些对象的影响因素只能定性却不能定量描述等问题，使得尾矿库安全评价方案选择具有很大的不确定性[1]。对于该情况，竹毛沟尾矿库从危险性和安全管理的角度创建尾矿库安全评价因素综合体系，然后使层次分析法和模糊综合评价法相结合，弄清楚评价因素体系层次结构，使尾矿库的安全状况得以如实的反应出来。 1 尾矿库简介 竹毛沟尾矿库处在河南省栾川县境内。尾矿库三面环山，是山谷型的尾矿库，其总坝高为36m，总库容为257500m3。初期坝为浆砌石坝，堆积坝由尾砂堆筑而成，库内山体较缓，坡度为25°～35°，沟总长约550m，宽约220m。据勘察表明，尾矿库的选址区和它的周围没有新的断层，没有山体滑坡、山体坍塌、碎屑流、采空的区域、地面下沉等地质灾害。该区域地质特性稳定性好，适用于作为建设用地。尾矿库排洪方式为：排水斜槽―连接井―排水涵管排水，同时设置了山坡截洪沟及坝面排水沟等用来排放山坡汇集水及坝面积水。库区有浸润线观测、水文作用观测、初期坝及坝体位移观测项目。并且还安排有专业安全人员对尾矿库进行管理。 2 评价方法及程序 2.1 建立评价因素指标体系 第一步把整个尾矿库系统分为4个单元，记为Vi；其中i=1，2...，n。再把影响每个单元的各个因素指标表示出来，记为Uij；其中i，j=1，2，…，n。 2.2 运用层次分析法求权重 首先给每个单元及各个单元中的因素指标赋值，建立判断矩阵，运用权重计算方法中的方根法求解因素权重向量，再对权重向量进行归一化处理并求出其最大特征根进行一致性检验，最后求出各个因素及综合指标权重向量。 2.3 运用模糊综合法对尾矿库系统危险程度进行评价 首先把该尾矿库系统危险严重程度分为 4 级，其等级论域为：H= {危库 H1、险库 H2、病库 H3、正常库 H4}[2]。其次，评价者根据模糊逐级估量法对各单元中各个因素打分，得出隶属度集并建立评价矩阵。再运用层次分析法求出权重，从而得出各评价单元的隶属集合。依据最大隶属度，得出合理、有效的评价结果。 3 建立尾矿库系统安全评价因素体系 依据人、机、环、管四个因素的安全评价法进行评价，通过对尾矿库系统人员的安全意识、系统的危险程度、库区的环境、整体的管理状况等因素的分析，根据尾矿库系统本身的危险程度、现实的安全性及安全管理方面，建立系统因素分析评价体系。基于以上观点，建立图1所示指标。 4 运用层次分析法对尾矿库系统进行评价 层次分析法是一种将定性与定量分析方法相结合的多目标决策分析法，它能将定性问题定量化，适用于指标多、层次复杂的问题，把要解决的问题看做一个整体，对其进行综合性的评价并且做出合理的决策，尤其是对于既有定量又有定性因素的问题[3]。 使用层次分析法求出尾矿库评价因素的权重： 层次分析法的主要思想是通过将复杂问题划分为多个层次和多个因素，对相互指标之间的重要程度进行打分，建立判断矩阵，然后计算出判断矩阵的最大特征值及对应的特征向量，就可得出不同目标的权重值，权重值之间进行相互比较就可以得出最佳的方案[4]。针对尾矿库的安全属性，建立综合因素评价集V=（V1，V2，V3，V4），四个单元为坝体平稳性单元、库区排水单元，观测项目单元，安全维护与管理单元。 4.1 建立判断矩阵 对尾矿库来说，通过对大量历史资料的分析研究及两两因素重要程度的比较，建立判断矩阵，其参照 1-9 量化值及因素对照表（表1）[5]，比较 V 中各因素重要程度并请专家对其进行打分，得出 V-Vi 判断矩阵。如表2所示。 4.2 求因素权重矩阵 权重的计算方法主要有：方根法、和积法、最小二乘法等，本文采用方根法求解因素权重向量W[1]。 4.3 判断矩阵的一致性检验 判断矩阵不能无限制的偏离一致性条件，所以，必须对判断矩阵进行一致性检验，检验其是否能被认同。其公式为CR=CI/RI。CI为一致性检验指标。CI=（？姿max-n）/（n-1），判断矩阵阶数为n，平均随机一致性指标为RI[6]。如表3。 当CR 经计算V-Vi判断矩阵中，CR=0.06 4.4 求各因素权重 如上采用层次分析法确定单元评价集V1，V2，V3，V4中各因素对系统V的权重，建立判断矩阵如表4-表7。同上步骤，求出各因素权重A1，A2，A3，A4。 最终综合权重向量如下所示： CR=0.06 CR1=0.07 CR2=0.09 CR3=0.00 CR4=0.07 5 模糊综合评价计算 模糊综合评价法是基于模糊数学的一种综合性评价方法，该法根据模糊数学的隶属度原理使定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对涉及多因素的复杂问题做出一个整体的评价，其结果明确、整体性强，使模糊的、难以量化的问题得到较好的解决，所以其适合各种不确定性问题的解决。模糊综合评价的实质是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，整体性考虑与被评价对象之间相关的各个因素从而对系统所作的综合性评价[7]。 5.1 初级层次隶属度集的确定及计算 模糊逐级估量法，是一种以多值逻辑为基础的连续值隶属函数的方法，其实质是使参与评价的专业人士对该部分全部的等级作比较，把最好的一个等级确定下来，然后给这个最好的等级一个最高的自信度分数值，使其作为参照标准，然后使其他等级与该参照标准作比较进行评估赋值，最后把全部等级评估打分[8]。将专业人士逐级评估的结果统计整理，得出该评价部分各单因素评价值，然后把各单因素评价值的集合组成评判矩阵R。 首先对坝体平稳性单元隶属度集进行确定。依据系统危险性的等级进行划分，假设尾矿库的安全等级分为四级，即 H={危库 H1、险库 H2、病库 H3、正常库 H4}。邀请10位专业人士对其进行逐级评估，认为该单元中的筑坝方式及工艺符合危库、险库、病库、正常库各等级的比例分别是0.00，0.10，0.30，0.60，即没有人认为尾矿库坝体平稳性单元中的筑坝方式及工艺是危库，其中有10%认为是险库，30%认为是病库，60%认为是正常库。同理，设尾矿颗粒组成及物理特性各级别比例分别为0.00，0.00，0.20，0.80；坝体裂隙情况各级别比例分别为0.10，0.20，0.30，0.40；尾矿排放各级别比例分别为0.15，0.25，0.20，0.40；坝体抗震能力各级别比例分别为0.00，0.15，0.35，0.50；库区排水能力各级别比例分别0.00，0.20，0.35，0.45；排水渠稳定性各级别比例分别为 0.00，0.00，0.30，0.70；排水设施完好性的各级别比例分别为0.00，0.15，0.45，0.40；坝体移动观测及水文观测各级别比例分别为0.20，0.20，0.30，0.30；坝体浸润线观测各级别比例分别为0.10，0.20，0.30，0.40；安全管理机构设置各级比分别0.00，0.20，0.35，0.45；安全管理记录各级别比例分别为0.00，0.00，0.40，0.60；尾矿库设施维护与管理各级别比例分别为0.00，0.00，0.20，0.80。 由图1尾矿库系统综合因素评价体系可知，影响坝体平稳性单元的因素有5个，因此建立的评价指标集为：V1=（U11，U12，U13，U14，U15）。且根据以上运算的模糊权重 A1=（0.19，0.11，0.33，0.10，0.27），利用公式： B=A*R 式中：B评判集结果； A因素集权重； R初级层次隶属集。 5.2 尾矿库系统综合评价结果 由于竹毛沟尾矿库系统的安全性已经被分为 4 个等级，H={危库H1、险库H2、病库H3、正常库H4}，依据最大隶属度原则，可以得出该尾矿库系统的安全性是正常的，表明该尾矿库安全系统合格。 6 结论 层次分析法的分析与计算得：尾矿库坝体平稳性单元权重0.29、库区排水系统单元权重0.45，观测项目单元权重0.14，安全维护与管理单元权重0.12。所以企业应重点保障加强尾矿库排水及坝体平稳系统的可靠性，并重视观测设施及管理维护系统。 模糊综合评价法计算得出尾矿库危险等级综合评价结果为0.04，0.16，0.33，0.47。即危库值为0.04、险库值为0.16、病库值为0.33、正常库值为0.47，得出尾矿库属于正常库，符合安全生产要求。 运用模糊层次综合评价法对竹毛沟尾矿库进行安全评价，消除了因素复杂多变难于划分权重的问题，同时也规避了以单一因素决策的不完善性及因人为主观行为不同所造成的决策上的不确定性。特别是对于模糊的、难以量化的且层次复杂的相关问题，提供了更科学、准确、合理的一种评判方法。 同时对已经投入使用的尾矿库进行定期的风险评估，不仅可以了解尾矿库现实的安全情况，发现发现库区的不安全因素，合理明确地规划库区修复加固的时间和划拨资金用量，而且能够完善库区安全工作的管理制度、监控预报等工作的效果，及时察觉影响大坝的不安全因素，从而更好地对尾矿库的管理及安全状况进行改进，切实保障尾矿库的安全。 参考文献： [1]王新民，赵彬，张钦礼.基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择[J].中南大学学报（自然科学版），2008（5）：875-880. [2]尾矿库安全管理规定（中华人民共和国经济贸易委员会20号令）[S].2000-11-06. [3]李俊芳，吴小萍.基于AHP-FUZZY多层次评判的城市轨道交通线网规划方案综合评价[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2007（2）：205-208. [4]郭金玉，张忠彬，孙庆云. 层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008（5）：148-153. [5]刘畅，徐必根，唐绍辉.基于AHP的尾矿库灾害风险评估方法研究[J].有色金属（矿山部分），2012（6）：87-91. [6]Metin Dagdewrien. A fuzzy analytic network process（ANP） model to identify faulty behavior risk （FBR） in work system[J]. Safety science， 2008（46）：771-783. [7]杨凯，吕淑然，张媛媛.基于模糊层次分析法的某尾矿库风险综合评价[J].工业建筑，2014（S1）：825-829. [8]贺北方，于章林，刘正才.多级模糊层次综合评价的数学模型及应用[J].系统工程理论与实践，1989（6）：1-6.