中国安全科学学报

目标	一级指标	二级指标
机电设备安全状态评价R	人的因素R₁	员工操作违规率R₁₁
月均培训时间R₁₂
员工平均工龄R₁₃
机电检修R₂	机电设备质量R₂₁
防护设备齐全度R₂₂
维修质量R₂₃
保养和检查频率R₂₄
机电设备使用年限R₂₅
安全检查全面性R₂₆
管理组织R₃	安全章程健全度R₃₁
管理机构合理性R₃₂
安全管理时效性R₃₃
应急机制完善率R₃₄
安全管理有效率R₃₅
工作环境R₄	地质构造复杂度R₄₁
作业空间合理性R₄₂
载荷能力适配性R₄₃
粉尘浓度R₄₄
温度R₄₅
湿度R₄₆

目标	一级指标	二级指标
机电设备安全状态评价R	人的因素R₁	员工操作违规率R₁₁
月均培训时间R₁₂
员工平均工龄R₁₃
机电检修R₂	机电设备质量R₂₁
防护设备齐全度R₂₂
维修质量R₂₃
保养和检查频率R₂₄
机电设备使用年限R₂₅
安全检查全面性R₂₆
管理组织R₃	安全章程健全度R₃₁
管理机构合理性R₃₂
安全管理时效性R₃₃
应急机制完善率R₃₄
安全管理有效率R₃₅
工作环境R₄	地质构造复杂度R₄₁
作业空间合理性R₄₂
载荷能力适配性R₄₃
粉尘浓度R₄₄
温度R₄₅
湿度R₄₆

指标	Ⅰ级	Ⅱ级	Ⅲ级	Ⅳ级	Ⅴ级	样本
R₁₁	<4	<8	<12	<16	≥16	3.5
R₁₂	>9	>7	>5	>3	≤3	7.8
R₁₃	>10	>6	>4	>2	≤2	5.5
R₂₁	>95	>90	>85	>80	≤80	94
R₂₂	>95	>90	>85	>80	≤80	92
R₂₃	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₄	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₅	>95	>90	>85	>80	≤80	78
R₂₆	>95	>90	>85	>80	≤80	91
R₃₁	>90	>80	>70	>60	≤60	85
R₃₂	>90	>80	>70	>60	≤60	75
R₃₃	>90	>80	>70	>60	≤60	83
R₃₄	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₃₅	>90	>80	>70	>60	≤60	93
R₄₁	>95	>90	>85	>80	≤80	83
R₄₂	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₃	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₄	<4	<6	<8	<10	≥10	5
R₄₅	<20	<24	<26	<28	≥28	23
R₄₆	<60	<70	<80	<90	≥90	69

指标	Ⅰ级	Ⅱ级	Ⅲ级	Ⅳ级	Ⅴ级	样本
R₁₁	<4	<8	<12	<16	≥16	3.5
R₁₂	>9	>7	>5	>3	≤3	7.8
R₁₃	>10	>6	>4	>2	≤2	5.5
R₂₁	>95	>90	>85	>80	≤80	94
R₂₂	>95	>90	>85	>80	≤80	92
R₂₃	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₄	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₅	>95	>90	>85	>80	≤80	78
R₂₆	>95	>90	>85	>80	≤80	91
R₃₁	>90	>80	>70	>60	≤60	85
R₃₂	>90	>80	>70	>60	≤60	75
R₃₃	>90	>80	>70	>60	≤60	83
R₃₄	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₃₅	>90	>80	>70	>60	≤60	93
R₄₁	>95	>90	>85	>80	≤80	83
R₄₂	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₃	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₄	<4	<6	<8	<10	≥10	5
R₄₅	<20	<24	<26	<28	≥28	23
R₄₆	<60	<70	<80	<90	≥90	69

R-R_i	R₁	R₂	R₃	R₄
R₁	1	2	3	2
R₂	1/2	1	3/2	1
R₃	1/3	2/3	1	2/3
R₄	1/2	1	3/2	1

R-R_i	R₁	R₂	R₃	R₄
R₁	1	2	3	2
R₂	1/2	1	3/2	1
R₃	1/3	2/3	1	2/3
R₄	1/2	1	3/2	1

R₁-R₁_i	R₁₁	R₁₂	R₁₃
R₁₁	1	2	3
R₁₂	1/2	1	3/2
R₁₃	1/3	2/3	1

R₁-R₁_i	R₁₁	R₁₂	R₁₃
R₁₁	1	2	3
R₁₂	1/2	1	3/2
R₁₃	1/3	2/3	1

R-R₂_i	R₂₁	R₂₂	R₂₃	R₂₄	R₂₅	R₂₆
R₂₁	1	4/3	1	1/3	1/2	1/4
R₂₂	3/4	1	3/4	1/4	3/8	3/16
R₂₃	1	3/4	1	1/3	1/2	1/4
R₂₄	3	3	4	1	3/2	3/4
R₂₅	2	8/3	2	2/3	1	1/2
R₂₆	4	16/3	4	4/5	2	1

R-R₂_i	R₂₁	R₂₂	R₂₃	R₂₄	R₂₅	R₂₆
R₂₁	1	4/3	1	1/3	1/2	1/4
R₂₂	3/4	1	3/4	1/4	3/8	3/16
R₂₃	1	3/4	1	1/3	1/2	1/4
R₂₄	3	3	4	1	3/2	3/4
R₂₅	2	8/3	2	2/3	1	1/2
R₂₆	4	16/3	4	4/5	2	1

R-R₃_i	R₃₁	R₃₂	R₃₃	R₃₄	R₃₅
R₃₁	1	3/4	1/3	1/2	2/3
R₃₂	4/3	1	4/9	2/3	9/8
R₃₃	3	9/4	1	3/2	2
R₃₄	2	3/2	2/3	1	4/3
R₃₅	3/2	8/9	1/2	3/4	1

R-R₃_i	R₃₁	R₃₂	R₃₃	R₃₄	R₃₅
R₃₁	1	3/4	1/3	1/2	2/3
R₃₂	4/3	1	4/9	2/3	9/8
R₃₃	3	9/4	1	3/2	2
R₃₄	2	3/2	2/3	1	4/3
R₃₅	3/2	8/9	1/2	3/4	1

R-R₄_i	R₄₁	R₄₂	R₄₃	R₄₄	R₄₅	R₄₆
R₄₁	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₂	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₃	3	3/2	1	3/2	3	3/4
R₄₄	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₅	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₆	4	2	4/3	2	4	1

R-R₄_i	R₄₁	R₄₂	R₄₃	R₄₄	R₄₅	R₄₆
R₄₁	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₂	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₃	3	3/2	1	3/2	3	3/4
R₄₄	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₅	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₆	4	2	4/3	2	4	1

指标层	R-R_i	权重
R₁₁	0.547	—	—	—	0.231
R₁₂	0.271	—	—	—	0.117
R₁₃	0.183	—	—	—	0.077
R₂₁	—	0.086	—	—	0.020
R₂₂	—	0.063	—	—	0.012
R₂₃	—	0086	—	—	0.021
R₂₄	—	0.256	—	—	0.056
R₂₅	—	0.169	—	—	0.041
R₂₆	—	0.339	—	—	0.079
R₃₁	—	—	0.120	—	0.026
R₃₂	—	—	0.158	—	0.037
R₃₃	—	—	0.337	—	0.078
R₃₄	—	—	0.223	—	0.049
R₃₅	—	—	0.162	—	0.036
R₄₁	—	—	—	0.078	0.007
R₄₂	—	—	—	0.153	0.016
R₄₃	—	—	—	0.232	0.030
R₄₄	—	—	—	0.155	0.017
R₄₅	—	—	—	0.073	0.011
R₄₆	—	—	—	0.308	0.038

指标层	R-R_i	权重
R₁₁	0.547	—	—	—	0.231
R₁₂	0.271	—	—	—	0.117
R₁₃	0.183	—	—	—	0.077
R₂₁	—	0.086	—	—	0.020
R₂₂	—	0.063	—	—	0.012
R₂₃	—	0086	—	—	0.021
R₂₄	—	0.256	—	—	0.056
R₂₅	—	0.169	—	—	0.041
R₂₆	—	0.339	—	—	0.079
R₃₁	—	—	0.120	—	0.026
R₃₂	—	—	0.158	—	0.037
R₃₃	—	—	0.337	—	0.078
R₃₄	—	—	0.223	—	0.049
R₃₅	—	—	0.162	—	0.036
R₄₁	—	—	—	0.078	0.007
R₄₂	—	—	—	0.153	0.016
R₄₃	—	—	—	0.232	0.030
R₄₄	—	—	—	0.155	0.017
R₄₅	—	—	—	0.073	0.011
R₄₆	—	—	—	0.308	0.038

指标	正理想解	负理想解	指标	正理想解	负理想解
R₁₁	0	0.19	R₃₂	0.065	0
R₁₂	0.044	0	R₃₃	0.024	0
R₁₃	0.068	0	R₃₄	0.017	0
R₂₁	0.019	0	R₃₅	0.045	0
R₂₂	0.012	0	R₄₁	0	0.011
R₂₃	0.017	0	R₄₂	0	0.069
R₂₄	0.066	0	R₄₃	0.033	0
R₂₅	0.024	0	R₄₄	0.008	0
R₂₆	0.112	0	R₄₅	0	0.006
R₃₁	0.095	0	R₄₆	0	0.131

指标	正理想解	负理想解	指标	正理想解	负理想解
R₁₁	0	0.19	R₃₂	0.065	0
R₁₂	0.044	0	R₃₃	0.024	0
R₁₃	0.068	0	R₃₄	0.017	0
R₂₁	0.019	0	R₃₅	0.045	0
R₂₂	0.012	0	R₄₁	0	0.011
R₂₃	0.017	0	R₄₂	0	0.069
R₂₄	0.066	0	R₄₃	0.033	0
R₂₅	0.024	0	R₄₄	0.008	0
R₂₆	0.112	0	R₄₅	0	0.006
R₃₁	0.095	0	R₄₆	0	0.131

基于AHP-TOPSIS法的煤矿机电设备安全评价模型及应用

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张仰行

中国安全科学学报 | 安全工程技术 2024,34(S1): 179-184

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中国安全科学学报 | 安全工程技术 2024, 34(S1): 179-184

基于AHP-TOPSIS法的煤矿机电设备安全评价模型及应用

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张仰行

作者信息

国网能源新疆准东煤电有限公司准东二矿，新疆昌吉 831100

张仰行 (1988—)，男，山东曲阜人，本科，工程师，主要从事矿井机电运维、矿井灾害防治等方面的工作。E-mail：18002157@chnenergy.com.cn。

Safety evaluation model of electromechanical equipment in coal mines based on AHP-TOPSIS method and its application

Yanghang ZHANG

Affiliations

State Grid Energy Xinjiang Zhundong Coal Power Co.，Ltd.，Changji Xinjiang 831100，China

出版时间: 2024-06-30 doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.S1.0025

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摘要

收起

为解决煤矿机电安全状态影响因素众多且复杂，安全隐患难以识别的问题，提出一种基于层次分析法(AHP)—逼近理想解法(TOPSIS)的煤矿机电安全综合评价模型。首先依据机电事故致因理论，从人的因素、机电检修、管理组织和工作环境4个方面选取引起煤矿机电安全风险的20个评价指标，构建煤矿机电设备安全状态评价指标体系；然后采用AHP法计算各指标权重，并结合TOPSIS法计算样本与理想解的相对贴近度，将各指标权重与相对贴近度进行耦合，最终预测煤矿机电设备安全等级。最后将该模型应用于山煤集团某矿。结果表明：计算得出矿井机电安全等级为Ⅱ级，根据预测结果逆序分析识别安全隐患，分析结果符合现场实际情况。

关键词

AHP-TOPSIS模型 / 煤矿 / 机电设备 / 安全评价 / 贴近度

Abstract

收起

There are many and complex factors influencing the safety status of electromechanical equipment in coal mines，and it is difficult to identify the potential safety hazards. To address these issues，a comprehensive safety evaluation model of electromechanical equipment in coal mines based on AHP-TOPSIS method was proposed. According to the cause theory of electromechanical equipment accidents in coal mines，20 evaluation indexes were selected from four aspects of human factors，electromechanical equipment maintenance，management organization，and working environment，and the safety status evaluation index system of electromechanical equipment in coal mines was constructed. Then，the AHP method was used to calculate the weight of each index，and the TOPSIS method was used to calculate the relative nearness degree between the sample and the ideal solution. The index weight was coupled with the relative nearness degree，and the safety level of electromechanical equipment in coal mines was predicted. Finally，the model was applied to a mine of Shanxi Coal Group. The results show that the safety level of electromechanical equipment in the coal mines mine is Level Ⅱ. According to the prediction results，the potential safety hazards are identified by reverse order analysis，and the analysis results are in line with the actual situation.

Key words

analytic hierarchy process-technique for order preference by similarity to the ideal solution (AHP-TOPSIS) model / coal mine / electromechanical equipment / safety evaluation / nearness degree

引用本文

张仰行. 基于AHP-TOPSIS法的煤矿机电设备安全评价模型及应用. 中国安全科学学报, 2024 , 34 (S1) : 179 -184 . DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.S1.0025

Yanghang ZHANG. Safety evaluation model of electromechanical equipment in coal mines based on AHP-TOPSIS method and its application[J]. China Safety Science Journal, 2024 , 34 (S1) : 179 -184 . DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.S1.0025

正文

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0 引言

收起

煤矿机电生产是由空间和时间上的多种不确定因素交叉构成的复杂过程^[1]，由于煤矿机电生产受作业周期长、作业环境复杂等因素影响，导致机电安全事故频发，给井下作业人员的生命安全造成巨大威胁，同时，也给煤矿带来严重的经济损失^[2-3]。近年来，我国煤矿安全生产形势持续向好，建设生产效率、智能化及标准化高的矿井成为发展重点^[4]，但由于其机械化程度高、隐患识别难度大且检修质量把控及技术标准不到位，机电安全问题尤为突出^[5]。因此，构建可行、高效的矿井机电设备安全风险评价模型评价其安全状况，减少机电安全事故成为当前学者们研究的热点。

针对煤矿机电安全风险等级评价，国内外学者开展了相关研究。成剑飞^[6]为评估矿井机电设备运行的安全状态，运用模糊数学原理，构建了机电安全指标体系和评价模型，评估矿井机电设备安全等级，反映出矿井的机电生产状况。李新玉^[7]通过引入系统化思想，改进机电设备评价指标体系，提出了煤矿机电工作“1573”管理方法，取得了理想的应用效果。QI Yun等^[8]分析了影响矿井机电设备健康运行的指标因素，构建了适合现场应用的综合评价模型，评估了当前机电设备的实际健康状态，从而为机电设备安全管理提供指导。上述建立的评价模型存在指标权重难以确定、影响因素考虑较少、主次因素关系不明确等问题，因此，在矿井机电安全评价时会产生差异性。目前，通过引入智能算法评价井下采掘机械设备健康状态的研究较多，而对整个矿井机电系统安全状态的评价比较缺乏，且都为单一算法评价，难以克服方法自身的弊端。

鉴于此，笔者将层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和逼近理想解(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS)法相结合，利用AHP法克服TOPSIS法一维定性条件下难以确定多指标权重的不足，综合两者的优点构建评价模型，预测矿井机电系统当前安全状态，结合所得结果分析指标体系中的薄弱环节，进而有效预防和减少机电安全事故的发生，以期为煤矿机电安全评价问题提供理论支撑。

1 AHP法确定指标权重的基本原理

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AHP法是基于评价系统中相互制约的不同因素层次化、条理化处理后，建立的递阶逻辑层次结构模型。一般可针对属性区别划分层次关系，由上到下包括目标层、准则层、指标层3层，中间层既与从上一层满足从属关系，同时又被下一层所制约，其指标权重由其对上一层的重要性大小来确定^[9]。AHP法可清晰地分析出指标间的内在关系，并将指标方便地进行数学定量分析，使比较繁琐的问题简单化，从而能够快速科学指导决策。

1.1 判断矩阵的构造

为获得各指标的权重，首先把每一层的各个指标的重要性两两进行比较，一般使用1~9标度法标记结果，得到判断矩阵B:

(1)

B = b 11 b 12 … b 1 m b 21 b 22 … b 2 m ︙ ︙ ︙ b m 1 b m 2 … b m m

式中b_ij为评判指标的相对重要性比值，表示第i个指标的重要性与第j个指标的重要性比值。

1.2 判断矩阵的一致性检验

判断矩阵是由人为凭经验构造的，难以满足完全一致性要求，为使判断矩阵元素分配得更为合理，需要制定某一标准，如果判断矩阵达到了该标准，也就表明判断矩阵基本符合要求，此时各层次指标权重分配才能够合理，否则需要修正判断矩阵。

(2)

λ m a x = 1 n ∑ i = 1 ， j = 1 n b i j · w A w A i

(3)

C R = C I I R

(4)

C I = λ m a x - m m - 1

式中：CR为一致性比例；CI为一致性指标；RI为随机一致性指标；λ_max为判断矩阵B的最大特征值；m为判断矩阵的阶数。当CR<0.1时，表明判断矩阵已经达到一致性要求，无需修正。

1.3 权重计算

为得到各指标的层次排序，需要通过判断矩阵的最大特征值λ_max对应特征向量法求解，然而，想要准确地获得λ_max对应的特征向量十分困难，需要借助几何平均法对特征向量作一个近似求解，具体可采用下式计算：

(5)

w i = ∏ i = 1 m b i j / ∑ i = 1 m b i j 1 m ∑ i = 1 m ∏ j = 1 m b i j / ∑ j = 1 m b i j 1 m

2 煤矿机电设备安全状态综合评判模型

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综合评判模型是将AHP法获得的指标权重与TOPSIS法获得的决策矩阵耦合，最终得到各指标的理想综合评价结果，具体步骤如下：

1) 初始评判矩阵X的建立。假定样本集A=

A 1 ， A 2 ， … ， A m

，样本集中的每个对象的n个指标值构成向量A_i=(a_i₁，a_i₂，…，a_in)，a_ij为第i个评价样本的第j个评价指标，其中，i∈[1，m]，j∈[1，n]。

(6)

A = (a i j) m n = a 11 a 12 … a 1 n a 21 a 22 … a 2 n ︙ ︙ ︙ a m 1 a m 2 … a m n

2) 判断矩阵的标准化。为了消除各指标间量纲差异导致的不可比性，需按照效益型指标(越大越好型)和成本型指标(越小越好型)标准化处理各指标，把数值变换到[0，1]上，得到判断矩阵的标准化矩阵D=d_ij)。

(7)

d i j = a i j / ∑ i = 1 m a i j 2 ， 效 益 型

(8)

d i j = (1 / a i j) / ∑ i = 1 m (1 / a i j) 2 ， 成 本 型

3) 计算样本的相对贴近度。贴近度可以用来表征样本中各指标趋近于最优解的程度^[10]，通过计算得到样本的正理想解和负理想解，进而求得各个指标同理想解二者之间的欧氏距离，相关求解公式为：

(9)

D + = m a x d i j | j ∈ J + ， m i n d i j | j ∈ J - D - = m i n d i j | j ∈ J + ， m a x d i j | j ∈ J -

(10)

C i + = ∑ j = 1 n w i (d i j - d j +) 12 C i - = ∑ j = 1 n w i (d i j - d j -) 12

(11)

f i + = C i - / (C i + + C i -)

式中：D⁺为正理想解；D^-为负理想解；J⁺为效益型指标；J^-为成本型指标；C⁺为指标与正理想解间的欧氏距离；C^-为指标与负理想解间的欧氏距离；f

i +

为相对贴近，通常情况下f

i +

∈(0，1)，f

i +

值越小表示评价对象与负理想解相距越近，与正理想解相距越远，即评价对象越差。

4) 模糊综合评价模型的建立。基于模糊综合评价原理，将AHP法确定的各指标权重与基于贴近度构造出来的判断矩阵结合，即可获得样本的模糊综合评价结果向量。

(12)

L = w × F

式中：L为综合评价结果；w为判断矩阵；F为贴近度判断矩阵。

3 煤矿机电设备安全评价实例应用

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3.1 机电安全状态评价递阶层次结构及评价等级的确立

针对煤矿机电设备安全状态的主要影响因素，基于事故致因交叉理论，参照相关国家标准及规范，从人的因素、机电检修、管理组织和工作环境4个方面归纳出影响煤矿机电设备安全状态的20个因素^[11]，根据AHP法原理，建立煤矿机电设备安全的3级递阶层次结构评价模型，综合分析煤矿机电设备安全现状，各层指标间关系见表1。

根据煤矿机电安全生产的特点，将其安全状态等级分为Ⅰ级(安全)、Ⅱ级(较安全)、Ⅲ级(中等安全)、Ⅳ级(较危险)和Ⅴ级(危险)，分别用L₁、L₂、L₃和L₄对应各等级临界值，矿井机电安全状态等级评价准则见表2。若评价结果L>L₁，则判定机电安全等级为安全；若L∈L₁，L₂)，则判定机电安全等级为较安全；若L∈(L₂，L₃)，则判定机电安全等级为中等安全；若L∈(L₃，L₄)，则判定机电安全等级为较危险；若L<L₄，则判定机电安全等级为危险。

以山煤集团某矿为应用对象，为预防该矿机电设备安全事故，采用构建的基于AHP-TOPSIS的煤矿机电安全状态综合评判模型评价该矿井机电设备的安全风险。

3.2 指标权重的确立

基于AHP法及轨迹交叉理论，综合在煤矿机电方面具有丰富经验的专家和该矿的技术人员的指导意见，构造判断矩阵，分别见表3—表7。利用Matlab软件求解判断矩阵的最大特征值，同时验证其一致性。

由式(2)—式(4)可求得判断矩阵的最大特征值λ_max=3.99，IR=0.889，CR=0.004<0.1，则认为判断矩阵满足一致性要求。结合式(5)可计算得准则层权重w=(0.422，0.225，0.124，0.229)，同理，可计算出指标层判断矩阵的CR<0.1，均满足一致性要求，则指标层各指标权重为：w₁=(0.547，0.271，0.183)，w₂=(0.086，0.063，0.086，0.256，0.169，0.339)，w₃=(0.120，0.158，0.337，0.223，0.162)，w₄=(0.078，0.153，0.232，0.155，0.073，0.308)，各指标权重见表8。

3.3 TOPSIS法贴近度矩阵的构建

根据式(7)和式(8)对样本数据进行归一化处理，获得人的因素、机电检修、管理组织和工作环境的标准化矩阵：

D 1 = 0.168 0.134 0.055 0 0.191 0.043 0.030 0.016 0 0.032 0.017 0.007 0.004 0 0.069 ， D 2 = 0.018 0.014 0.006 0 0.018 0.013 0.007 0.004 0 0.010 0.016 0.012 0.006 0 0.006 0.065 0.053 0.040 0 0.049 0.023 0.018 0.011 0 0.002 0.113 0.094 0.080 0 0.049 ， D 3 = 0.097 0.062 0.032 0 0.073 0.067 0.041 0.024 0 0.039 0.022 0.018 0.008 0 0.017 0.019 0.009 0.006 0 0.016 0.048 0.027 0.018 0 0.045 ， D 4 = 0.012 0.007 0.006 0 0.008 0.068 0.064 0.048 0.023 0 0.021 0.016 0.007 0 0.007 0 0.008 0.005 0.003 0.001 0.006 0.004 0.002 0 0.005 0.132 0.123 0.107 0.097 0

由式(9)求得各指标的理想解，并由式(10)计算出各指标与理想解的欧氏距离向量：

C 1 + = (0.02，0.08，0.14，0.16，0.01) ， C 1 - = (0.18，0.12，0.06，0 ， 0.19) ， C 2 + = (0，0.03，0.05，0.07，0.06) ， C 2 - = (0.14，0.11，0.09，0.07，0.08) ， C 3 + = (0，0.04，0.08，0.13，0.04) ， C 3 - = (0.13，0.09，0.04，0.003，0.098) ， C 4 + = (0.15，0.14，0.12，0.103，0.028) ， C 4 - = (0.022，0.018，0.033，0.06，0.15)

由式(11)可得各指标与正理解的贴近度，并构成贴近度矩阵F:

F = 0.892 0.595 0.299 0 0.932 1 0.818 0.642 0.472 0.577 0.931 0.872 0.743 0.591 0.783 1 0.672 0.346 0.023 0.737

3.4 煤矿机电设备安全状态综合评价

由式(12)可知：将基于AHP法获得的各指标权重w与TOPSISI法获得的贴近度矩阵耦合，即可获得矿井机电安全评价结果为：(L₁，L₂，L₃，L₄，L)=(0.95，0.70，0.44，0.18，0.79)，其中L=0.79∈(0.95，0.70)，可知：矿井机电安全状态等级属于Ⅱ级(较安全)，与现场情况相符，说明AHP-TOPSIS综合评价模型对机电安全状态评价科学有效。根据计算结果对样本(各矩阵的第5列)进行逆序分析可知：影响矿井机电安全状态的因素主次关系为：人的因素>管理组织>工作环境>机电检修，其中机电检修是影响样本安全状态的关键因素。由机电检修的指标标准化矩阵D₂可知机电设备质量(0.018)，防护设备齐全度(0.010)，维修质量(0.006)，保养和检查频率(0.049)，机电设备使用年限(0.002)，安全检查全面性(0.049)，因此，应该加强维修质量、机电设备使用年限及防护设备齐全度的管理，其中机电设备使用年限及维修质量的安全风险较大。

4 结论

收起

1) 针对煤矿机电安全状态影响因素复杂，安全隐患难以识别的问题，建立了AHP- TOPSIS综合评价模型，将AHP法与TOPSIS法耦合，克服了TOPSIS法指标权重难以分配的缺点，避免了单一赋权法导致的评价结果误差。

2) 根据煤矿机电安全影响因素临界值构建了安全状态评判准则，并计算各指标的贴近度，并以此得出样本的安全等级为Ⅱ级(较安全)，评价结果与实际情况一致，验证了模型的正确性。根据计算结果逆序分析可知：影响煤矿机电安全因素主次关系为：人的因素> 管理组织>工作环境>机电检修，其中，机电检修是影响矿井机电安全的主要因素。由机电检修各指标的标注化矩阵D₂可知：维修质量、机电设备使用年限及防护设备齐全度是矿井机电安全的薄弱环节，应加强管理。

3) 基于AHP-TOPSIS法的耦合评判模型能够准确预测矿井机电系统当前的安全运行状态，其结果适合现场应用，通过逆序分析预测结果来识别机电系统的安全隐患，从而减少机电事故发生。

参考文献

收起

文献

收起

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2024年第34卷第S1期

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doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.S1.0025

接收时间：2024-03-12
首发时间：2025-07-09
出版时间：2024-06-30

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收稿日期：2024-03-12
修回日期：2024-05-15

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

目标	一级指标	二级指标
机电设备安全状态评价R	人的因素R₁	员工操作违规率R₁₁
月均培训时间R₁₂
员工平均工龄R₁₃
机电检修R₂	机电设备质量R₂₁
防护设备齐全度R₂₂
维修质量R₂₃
保养和检查频率R₂₄
机电设备使用年限R₂₅
安全检查全面性R₂₆
管理组织R₃	安全章程健全度R₃₁
管理机构合理性R₃₂
安全管理时效性R₃₃
应急机制完善率R₃₄
安全管理有效率R₃₅
工作环境R₄	地质构造复杂度R₄₁
作业空间合理性R₄₂
载荷能力适配性R₄₃
粉尘浓度R₄₄
温度R₄₅
湿度R₄₆

目标

一级指标

二级指标

机电设备
安全状态
评价R

人的因素R₁

员工操作违规率R₁₁

月均培训时间R₁₂

员工平均工龄R₁₃

机电检修R₂

机电设备质量R₂₁

防护设备齐全度R₂₂

维修质量R₂₃

保养和检查频率R₂₄

机电设备使用年限R₂₅

安全检查全面性R₂₆

管理组织R₃

安全章程健全度R₃₁

管理机构合理性R₃₂

安全管理时效性R₃₃

应急机制完善率R₃₄

安全管理有效率R₃₅

工作环境R₄

地质构造复杂度R₄₁

作业空间合理性R₄₂

载荷能力适配性R₄₃

粉尘浓度R₄₄

温度R₄₅

湿度R₄₆

指标	Ⅰ级	Ⅱ级	Ⅲ级	Ⅳ级	Ⅴ级	样本
R₁₁	<4	<8	<12	<16	≥16	3.5
R₁₂	>9	>7	>5	>3	≤3	7.8
R₁₃	>10	>6	>4	>2	≤2	5.5
R₂₁	>95	>90	>85	>80	≤80	94
R₂₂	>95	>90	>85	>80	≤80	92
R₂₃	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₄	>95	>90	>85	>80	≤80	86
R₂₅	>95	>90	>85	>80	≤80	78
R₂₆	>95	>90	>85	>80	≤80	91
R₃₁	>90	>80	>70	>60	≤60	85
R₃₂	>90	>80	>70	>60	≤60	75
R₃₃	>90	>80	>70	>60	≤60	83
R₃₄	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₃₅	>90	>80	>70	>60	≤60	93
R₄₁	>95	>90	>85	>80	≤80	83
R₄₂	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₃	>90	>80	>70	>60	≤60	88
R₄₄	<4	<6	<8	<10	≥10	5
R₄₅	<20	<24	<26	<28	≥28	23
R₄₆	<60	<70	<80	<90	≥90	69

指标

Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级

Ⅳ级

Ⅴ级

样本

R₁₁

<12

<16

≥16

3.5

R₁₂

≤3

7.8

R₁₃

>10

≤2

5.5

R₂₁

>95

>90

>85

>80

≤80

R₂₂

>95

>90

>85

>80

≤80

R₂₃

>95

>90

>85

>80

≤80

R₂₄

>95

>90

>85

>80

≤80

R₂₅

>95

>90

>85

>80

≤80

R₂₆

>95

>90

>85

>80

≤80

R₃₁

>90

>80

>70

>60

≤60

R₃₂

>90

>80

>70

>60

≤60

R₃₃

>90

>80

>70

>60

≤60

R₃₄

>90

>80

>70

>60

≤60

R₃₅

>90

>80

>70

>60

≤60

R₄₁

>95

>90

>85

>80

≤80

R₄₂

>90

>80

>70

>60

≤60

R₄₃

>90

>80

>70

>60

≤60

R₄₄

<10

≥10

R₄₅

<20

<24

<26

<28

≥28

R₄₆

<60

<70

<80

<90

≥90

R-R_i	R₁	R₂	R₃	R₄
R₁	1	2	3	2
R₂	1/2	1	3/2	1
R₃	1/3	2/3	1	2/3
R₄	1/2	1	3/2	1

R-R_i

R₁

R₂

R₃

R₄

R₁

R₂

1/2

3/2

R₃

1/3

2/3

R₄

1/2

3/2

R₁-R₁_i	R₁₁	R₁₂	R₁₃
R₁₁	1	2	3
R₁₂	1/2	1	3/2
R₁₃	1/3	2/3	1

R₁-R₁_i

R₁₁

R₁₂

R₁₃

R₁₁

R₁₂

1/2

3/2

R₁₃

1/3

2/3

R-R₂_i	R₂₁	R₂₂	R₂₃	R₂₄	R₂₅	R₂₆
R₂₁	1	4/3	1	1/3	1/2	1/4
R₂₂	3/4	1	3/4	1/4	3/8	3/16
R₂₃	1	3/4	1	1/3	1/2	1/4
R₂₄	3	3	4	1	3/2	3/4
R₂₅	2	8/3	2	2/3	1	1/2
R₂₆	4	16/3	4	4/5	2	1

R-R₂_i

R₂₁

R₂₂

R₂₃

R₂₄

R₂₅

R₂₆

R₂₁

4/3

1/3

1/2

1/4

R₂₂

3/4

1/4

3/8

3/16

R₂₃

3/4

1/3

1/2

1/4

R₂₄

3/2

3/4

R₂₅

8/3

2/3

1/2

R₂₆

16/3

4/5

R-R₃_i	R₃₁	R₃₂	R₃₃	R₃₄	R₃₅
R₃₁	1	3/4	1/3	1/2	2/3
R₃₂	4/3	1	4/9	2/3	9/8
R₃₃	3	9/4	1	3/2	2
R₃₄	2	3/2	2/3	1	4/3
R₃₅	3/2	8/9	1/2	3/4	1

R-R₃_i

R₃₁

R₃₂

R₃₃

R₃₄

R₃₅

R₃₁

3/4

1/3

1/2

2/3

R₃₂

4/3

4/9

2/3

9/8

R₃₃

9/4

3/2

R₃₄

3/2

2/3

4/3

R₃₅

3/2

8/9

1/2

3/4

R-R₄_i	R₄₁	R₄₂	R₄₃	R₄₄	R₄₅	R₄₆
R₄₁	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₂	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₃	3	3/2	1	3/2	3	3/4
R₄₄	2	1	2/3	1	2	1/2
R₄₅	1	1/2	1/3	1/2	1	1/4
R₄₆	4	2	4/3	2	4	1

R-R₄_i

R₄₁

R₄₂

R₄₃

R₄₄

R₄₅

R₄₆

R₄₁

1/2

1/3

1/2

1/4

R₄₂

2/3

1/2

R₄₃

3/2

3/4

R₄₄

2/3

1/2

R₄₅

1/2

1/3

1/2

1/4

R₄₆

4/3

指标层	R-R_i	权重
R₁₁	0.547	—	—	—	0.231
R₁₂	0.271	—	—	—	0.117
R₁₃	0.183	—	—	—	0.077
R₂₁	—	0.086	—	—	0.020
R₂₂	—	0.063	—	—	0.012
R₂₃	—	0086	—	—	0.021
R₂₄	—	0.256	—	—	0.056
R₂₅	—	0.169	—	—	0.041
R₂₆	—	0.339	—	—	0.079
R₃₁	—	—	0.120	—	0.026
R₃₂	—	—	0.158	—	0.037
R₃₃	—	—	0.337	—	0.078
R₃₄	—	—	0.223	—	0.049
R₃₅	—	—	0.162	—	0.036
R₄₁	—	—	—	0.078	0.007
R₄₂	—	—	—	0.153	0.016
R₄₃	—	—	—	0.232	0.030
R₄₄	—	—	—	0.155	0.017
R₄₅	—	—	—	0.073	0.011
R₄₆	—	—	—	0.308	0.038

指标层

R-R_i

权重

R₁

R₂

R₃

R₄

R₁₁

0.547

—

0.231

R₁₂

0.271

—

0.117

R₁₃

0.183

—

0.077

R₂₁

—

0.086

—

0.020

R₂₂

—

0.063

—

0.012

R₂₃

—

0086

—

0.021

R₂₄

—

0.256

—

0.056

R₂₅

—

0.169

—

0.041

R₂₆

—

0.339

—

0.079

R₃₁

—

0.120

—

0.026

R₃₂

—

0.158

—

0.037

R₃₃

—

0.337

—

0.078

R₃₄

—

0.223

—

0.049

R₃₅

—

0.162

—

0.036

R₄₁

—

0.078

0.007

R₄₂

—

0.153

0.016

R₄₃

—

0.232

0.030

R₄₄

—

0.155

0.017

R₄₅

—

0.073

0.011

R₄₆

—

0.308

0.038

指标	正理想解	负理想解	指标	正理想解	负理想解
R₁₁	0	0.19	R₃₂	0.065	0
R₁₂	0.044	0	R₃₃	0.024	0
R₁₃	0.068	0	R₃₄	0.017	0
R₂₁	0.019	0	R₃₅	0.045	0
R₂₂	0.012	0	R₄₁	0	0.011
R₂₃	0.017	0	R₄₂	0	0.069
R₂₄	0.066	0	R₄₃	0.033	0
R₂₅	0.024	0	R₄₄	0.008	0
R₂₆	0.112	0	R₄₅	0	0.006
R₃₁	0.095	0	R₄₆	0	0.131

指标

正理想解

负理想解

指标

正理想解

负理想解

R₁₁

0.19

R₃₂

0.065

R₁₂

0.044

R₃₃

0.024

R₁₃

0.068

R₃₄

0.017

R₂₁

0.019

R₃₅

0.045

R₂₂

0.012

R₄₁

0.011

R₂₃

0.017

R₄₂

0.069

R₂₄

0.066

R₄₃

0.033

R₂₅

0.024

R₄₄

0.008

R₂₆

0.112

R₄₅

0.006

R₃₁

0.095

R₄₆

0.131