田文艳，董增寿(太原科技大学电子信息工程学院，太原 030024)

近几十年来我国煤矿事故频繁发生，对国家财产及矿工生命安全造成了很大威胁，成为煤炭工业发展的一大“瓶颈”。为了更好地分析总结煤矿事故发生原因及规律，本文以2007-2012年度国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局煤矿事故统计数据为基础，采用灰色关联系统理论的灰色关联分析方法[1-3]计算得到影响煤矿伤亡事故发生的主要因素，为煤矿安全生产管理提供科学的参考价值。

1 灰色关联分析模型定义

灰色关联分析[4]是对处于同一系统中两个不同因素之间相互关联程度的描述，即不同因素之间在伴随其所属系统变化过程中表现出来的一种相对变化，实际上是一种描述同一系统中不同因素相互之间影响以及各个独立因素对其所处系统整体影响贡献的测度手段。

1.1 原始数据序列构造

设有一组原始参考数列，标记为Y0=[Y0(1),Y0(2),Y0(3),…,Y0(n)]，同时有一系列与原始数列做比较的子因素数列，依次标记为Y1,Y2,Y3，…,Ym.

Y1=[Y1(1),Y1(2),Y1(3),…,Y1(n)];

Y2=[Y2(1),Y2(2),Y2(3),…,Y2(n)];

Y3=[Y3(1),Y3(2),Y3(3),…,Y3(n)];

Ym=[Ym(1),Ym(2),Ym(3),…,Ym(n)]

1.2 原始数据均值化处理

鉴于数据量纲在实际应用中经常与其绝对值大小不一致的情况，需要对原数据做去量纲化的统一化变换，从而得到可比较数列。本文采用均值化方法对原始数据进行处理，均值化是指用一列数据的平均值除以每一个数据，得到一个新数列，具体处处理过程如下：

(1)

式中，i=1,2,3,…,m;k=1,2,3,…,n.

经过变换后的原始数据列为：

X0=[X0(1),X0(2),X0(3),…,X0(n)];

X1=[X1(1),X1(2),X1(3),…,X1(n)];

X2=[X2(1),X2(2),X2(3),…,X2(n)];

Xm=[Xm(1),Xm(2),Xm(3),…,Xm(n)]

1.3 关联系数的程序计算步骤

对上述变换后得到的数据求差序列，记为：

△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|(i=1,2,…,m)

△i=[△i(1),△i(2),…,△i(n)]

(2)

求两级最大差和最小差，记为:

定义X0与Xi(i=1,2,…,n)之间的关联系数[5]如下：

(3)

式中，ξi(k)为对应于k时刻的关联系数，ε标记为用以提高关联系数差异性的分辨系数，理论证明，ε值越小，分辨率越高，一般情况下取ε=0.5.

对ξi(k)取平均值，则得到X0与Xi之间的关联度[6]：

(4)

关联度反映了在煤矿关联分析中各因素对煤矿事故死亡人数的影响程度，Vi决定了因素Xi对事故X0的影响程度，Vi越大，对事故X0的影响越大，进而反映了原始数据Yi对Y0的影响程度。

2 煤矿事故灰色关联分析实例

本文基于2007-2012年度国家安全生产监督管理总局的煤矿事故统计数据，归纳出煤矿事故主要影响因素为：瓦斯事故、顶板事故、机电事故、运输事故、水灾事故、火灾事故及放炮事故。参考数列Y0为每年煤矿事故死亡人数，比较数列Yi(i=1,2,…,7)为各类煤矿事故死亡人数，如表1所示。以此为基础进行灰色关联分析。

应用公式(1)对表1中原始数据进行无量纲化处理得到表2所示数据。

对表2数据求差序列见公式(2)得到表3所示的差序列结果。

由关联系数公式(3)可计算得到各类型煤矿事故与煤矿事故死亡人数的关联度排序，如表4所示。

由公式(4)可计算出各类型煤矿事故与煤矿事故死亡人数的关联度分别为：V1=0.904，V2=0.782,V3=0.530,V4=0.731,V5=0.744,V6=0.621,V7=0.672.灰色关联度的排序为：V1>V2>V5>V4>V7>V6>V3，从该排序结果可以看出：对X0影响最大的因素是X1，与X0关系最密切的因素是X1；而与X0关系最不密切的因素为X3，由此可以得知，煤矿事故对死亡人数的影响顺序为Y1>Y2>Y5>Y4>Y7>Y6>Y3，即瓦斯事故、顶板事故和水灾事故是煤矿事故的3个主要影响因素。

表1 煤矿事故死亡人数原始数据统计

表2 无量纲化处理结果

表3 差序列结果

表4 关联系数计算结果

3 结语

以2007-2012年度国家安全生产监督管理总局煤矿事故统计数据为基础，通过灰色关联分析方法计算得到影响煤矿伤亡事故人数的三种主要事故类型，即顶板事故、瓦斯事故和水灾事故。计算结果验证了应用灰色关联系统理论探索煤矿事故发生规律的可行性，并且可以为煤矿安全生产提供保障，将煤矿事故的发生次数降至最低，减少国家财产损失和人身伤害。

参考文献：

[1] 古全忠，赵国栋.浅析工作面推进度影响因素[J].矿山压力与顶板管理，1996，13(1)：19-23.

[2] 刘 辉，赵志寅，蒋达华.灰色关联分析在矿山安全评价中的应用[J].工业安全与环保，2005，31(6)：55-57.

[3] 李中才，刘 刚.矿井安全指标的灰色关联评价模型及应用[J].矿业工程，2006，4(4)：57-59.

[4] 刘思峰，郭天榜.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2000.

[5] 黄盛初.中国煤炭工业年鉴(2004)[M].北京：中国煤炭工业年鉴，2005.

[6] 刘香兰，董桂刚，朱纪明.基于物联网的煤矿瓦斯爆炸动态安全预警系统的设计研究[J].煤炭工程，2012，1(9)：17-19.