基于区间直觉模糊熵和变权理论的井工煤矿绿色矿山评价

靖培星，卢明银，巩维才，汪伟忠

(1.中国矿业大学徐海学院，江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；3.安徽科技学院管理学院，安徽 凤阳 233100)

基于区间直觉模糊熵和变权理论的井工煤矿绿色矿山评价

靖培星1，卢明银2，巩维才1，汪伟忠3

(1.中国矿业大学徐海学院，江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；3.安徽科技学院管理学院，安徽 凤阳 233100)

井工煤矿在煤炭资源开采中占有重要地位，建设发展绿色矿山是其未来要达到的基本要求。如何科学评价现有井工煤矿的绿色化水平是建设绿色矿山的关键问题，在这个过程中，科学合理的评价指标体系和权重分配至关重要。为了科学的分配权重，本文引用区间直觉模糊集和模糊熵，对专家系统的区间评判进行了精确化，更符合实际情况；同时引入变权理论确定最终权重，突出薄弱环节的制约作用，引导井工煤矿在绿色矿山建设上均衡发展，确定最终绿色矿山水平。最后通过算例验证了其有效性，并对其未来建设绿色矿山提出了建设性意见。

井工煤矿；绿色矿山；评价指标体系；区间直觉模糊熵；变权理论；灰色聚类

在我国井工煤矿开采量占煤矿开采总量的90%左右，在煤炭资源利用中具有重要的地位，但在绿色矿山建设中，井工煤矿所占的比例偏低，在以后绿色矿山评选中加大井工煤矿所占比重是必然趋势。所以，建立科学合理的井工煤矿绿色矿山评价指标体系，对井工煤矿绿色矿山建设水平进行科学评定具有重要的意义[1]。

黄敬军等[2]从6个方面用36个评价指标对绿色矿山进行了评价；张德明等[3]从RESE四个体系，对绿色矿山进行了分析研究；信春华等[4]从井工矿井建设的全生命周期出发研究不同阶段绿色矿山建设的重点，并对其进行了评价。闫志刚等[5]从矿山建设生命周期中污染源辨识入手，构建了适合我国现状的绿色矿山评价指标。宋海彬[6]在绿色矿山评价中纳入了财务指标、创新指标，注重了矿山的可持续发展能力等。同时，国内很多矿井也进行了绿色矿山建设的试点工作，在一定方面取得了突出的成绩[7]。但绿色矿山评价是一个庞大的系统工程，现有评价指标体系过于宽泛，没有考虑不同矿山之间的生产技术差异，同时，主观因素占比大，量化不足，可操作性不强；在权重分配上没有考虑专家评价过程中的不确定性和指标得分的差异程度，评价结果偏主观片面。本文构建适用于井工煤矿的绿色矿山评价指标体系，引入区间直觉模糊集，根据指标体系的离散程度，运用变权理论对已分配的权重进行修正，力求评价结果更加客观。

1 井工煤矿绿色矿山评价指标体系

本文以2010年国土资源部出台《国家级绿色矿山建设基本条件》框架为基础，综合国内学者研究动态，同时考虑井工煤矿生产过程中的技术特点，以基本条件、规范管理、资源综合利用与节能减排、技术创新、环境保护与土地复垦、企业文化与社区和谐六个方面为准则层构建井工煤矿绿色矿山评价体系，其中基本条件为绿色矿山建设的前提条件，具有一票否决权，不参与权重分配；各准则层包含具体评价指标。构建的评价指标体系见图1。

图1 井工煤矿绿色矿山评价指标体系

1.1 基本条件(B1)

基本条件是评价该矿山能否参与评价绿色矿山建设的门槛性指标，具有一票否决的权力，只有在完全符合或高于制定标准才可以参与井工煤矿的绿色矿山建设评价。具体指标：C11，证照齐全，依法经营开采；C12，三年内未发生重大安全事故，未受行政处罚；C13，符合开采规模和设计年限；C14，符合国家产业结构调整鼓励、限制、淘汰技术目录的要求。

1.2 规范管理(B2)

规范管理是保证井工煤矿企业正常有序运转的基础，在资源开发利用、环境保护、土地复垦、生态重建、安全生产和日常生产等方面的制度是否完善及制度的实施程度，直接关系到工作能否顺利进行。具体指标：C21，各项规划健全实施度；C22，管理规章制度完善度；C23，监督审核制度实施情况；C24，组织结构合理度；C25，矿山安全标准化创建和实施程度；C26，管理科学化和矿山数字化程度。

1.3 资源利用与节能减排(B3)

在井工煤矿绿色矿山建设过程中，应该最大程度地利用矿产资源、降低生产过程中的能耗及其他消耗、最大程度提高矿产伴生资源的利用率。结合井工煤矿的生产特点，主要指标：C31，开采回采率；C32，原煤入选率；C33，年抽采瓦斯利用率；C34，吨煤电耗；C35，吨煤水耗；C36，煤矸石等尾矿、低品味矿利用率；C37，矿井水利用率；C38，万吨煤坑木消耗。

1.4 技术创新(B4)

技术创新是更新生产工艺，提升生产效率的重要途径，只有不断加强技术创新，才能不断进步。结合井工煤矿的生产实际，选取综合机械化采煤程度、综合机械化掘进程度两个指标代表井工煤矿的技术装备率。具体指标：C41，综合机械化采煤程度；C42，综合机械化掘进程度；C43，开采作业科技水平；C44，技术创新投入比重；C45，技术人员比重；C46，绿色技术投入比重。

1.5 环境保护与土地复垦(B5)

环境保护程度与生态恢复程度是实施绿色矿山的重要内容。根据井工煤矿的主要污染类型，选取典型指标对污染情况进行描述；由于井工煤矿地下开采，易造成土地塌陷，对生态造成破坏，选取塌陷区土地复垦率指标、地质灾害治理率指标，描述矿山对生态恢复做出的努力程度。具体指标：C51，环境保护“三同时”制度执行情况；C52，储煤场粉尘指标；C53，废水排放达标率；C54，采煤煤矸石产生量；C55，噪声排放指标；C56，矿区绿化覆盖率；C57，塌陷土地复垦率；C58，地质灾害治理率；C59，有完备的闭坑后矿地利用方案，预设闭坑后矿地功能。

1.6 企业文化与社区和谐(B6)

良好的企业文化体现了一个企业的凝聚力，社区和谐稳定是企业更好生产的社会环境。结合企业文化建设的主要内容、煤矿企业对周边社区的投入情况和社区对企业的支持情况设计指标。具体指标：C61，职工生活水平满意度；C62，职工平均受教育年数；C63，职工对企业文化的认同度；C64，企业推行企业文化的力度和成效；C65，社区公众对企业的满意度；C66，公益事业投入比重；C67，基础设施建设完善度。

2 绿色矿山的灰色变权聚类模型

2.1 评价指标灰类阈值及隶属度的确定

参照《清洁生产标准—煤炭采选业》、《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范(试行)》、《环境空气质量标准》、《煤炭工业污染物排放标准》、《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准(暂行)》、煤炭行业循环经济发展目标、煤炭行业“十二五”规划及国内外研究把井工煤矿绿色矿山评价体系中各个指标划分为四个等级，即将井工煤矿绿色矿山水平分为“低”、“中”、“较高”、“高”四个水平，主观定性指标结合专家打分适当给出灰类阈值[8-9]。依法办矿中评价指标不参与权重的分配和阈值赋值。

利用中心点三角白化权函数的隶属度确定方法和步骤[9]，确定各指标在不同灰类上的隶属度分配。

2.2 基于区间直觉模糊熵的权重确定

直觉模糊集，不止定义了某指标的隶属度，同时考虑其非隶属程度，能较全面的表达信息的完整性，在不确定信息领域得到广泛的应用。经过不断改进，由Atanassov和Gargov提出了区间直觉模糊集的概念[10-11]。

3)定义3[13]。定义式(1)为区间直觉模糊集A的模糊熵。

(1)

在决策过程中，设专家集为C={C1，C2，…Cm}，评价指标集为A={A1，A2，…An}，专家Ci(i=1，2，…m)对评价指标体系的评价指标Aj(j=1，2，…n)的评价为区间直觉模糊集形式，根据式(1)可得到相应模糊熵。为尽可能的减少不确定信息造成的影响，可以构建以下非线性规划模型。

(2)

对上述模型建立拉格朗日方程，分别对ωj和λ求导，见式(3)。

(3)

解方程并进行权重归一化，得相应熵权值，见式(4)。

(4)

2.3 权重变权

(5)

式中：α是变权参数。在α实际选值时，若α>1/2，变权效果不明显；0<α<1/2时变权效果明显，且α取值越小，对缺陷的容忍程度越小。一般评价过程中，α取值为1/2。

2.4 井工煤矿绿色矿山的灰色聚类模型

(5)

3 算 例

3.1 算例计算过程

取河南某井工煤矿为例说明方法的有效性和客观性。各指标分类的灰类阈值和实际值见表1。

表1 河南某井工煤矿绿色矿山指标数据及处理

以准则层为例说明权重确定的计算过程。设5位专家对准则层的重要度评价集合为M，其中M为区间直觉模糊集形式。由定义3，得出准则层的区间直觉模糊熵矩阵E=[0.665 0.274 0.590 0.246 0.647]。由于熵的数值与相应区间模糊集的模糊性具有反向作用，所以熵越小，对应的权重越大。求解非线性规划方程组(2)，并用式(4)归一化可以得出准则层熵权值矩阵W=[0.121 0.293 0.13 0.327 0.124]。同理，可得三级指标的权重分配。根据矿山的实际数据和指标值的取值范围，将原始指标值进行归一化，利用变权理论综合式(5)，α取值为1/2，对三级评价指标的权重进行修正，最终变权权重分配见表2。

表2 井工煤矿绿色矿山评价指标体系权重分配表

根据式(6)，分别计算出该矿山在熵权和变权两种情况下在各个灰类上的隶属度，评价结果见表3。

表3 两种权重情况下评价结果比较

3.2 评价结果分析

从评价结果看，该矿山整体绿色矿山水平为中等水平，但在总体评价结果“中”、“较高”和“高”三个灰度中得分差距不大，说明该矿在绿色矿山建设中存在发展不均衡现象。通过准则层的评价结果可知，B3、B4在熵权和变权两种权重下差异性明显，说明该矿山在资源利用和技术创新两项中有些指标达到行业先进水平。比如，该矿在煤矸石等的利用方面，利用煤矸石建造低碳生态公园、转产水泥等，做了合理的尝试，取得了很好的经济和社会效益。但有些指标离绿色矿山的标准还有不少差距，比如，该矿在煤炭生产过程中对原木的消耗过高、采煤过程中煤矸石的含量过高等技术问题同样值得我们重点关注。通过变权理论的修正，提高了这些薄弱环节的权重，更加突出薄弱环节在绿色矿山评价中的制约作用，促使绿色矿山建设均衡发展。说明评价过程的科学性和客观性。

4 结 论

1)以《国家级绿色矿山建设基本条件》框架为基础，构建井工煤矿绿色矿山评价指标体系，包括6个二级指标和40个三级指标，基本条件作为门槛级指标，不参与权重分配。考虑到专家评价过程中的不确定性，为使评价结果更具有客观性，对其余36个指标建立了区间直觉模糊熵的权重确定方法，并用变权理论对所得权重进行修正。

2)采用灰色聚类对井工煤矿绿色矿山建设水平进行评价，根据隶属度的大小确定绿色矿山建设等级。在各个指标水平参差不齐情况下，利用变权理论突出薄弱环节的制约作用，使评价结果更加科学客观，指导矿山建设均衡发展。通过河南某矿数据，验证了理论的有效性。

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Evaluation of underground coal mining green mine based on interval-valued intuitionistic fuzzy entropy and contingency theory

JING Peixing1，LU Mingyin2，GONG Weicai1，WANG Weizhong3

(1.Xuhai College，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221008，China；2.Shool of Mines，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221116，China；3.School of Management，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China)

Underground coal mining plays a significant role in coal resource exploitation，with the establishment and development of green mine as the basic requirement in the future.How to scientifically evaluate the green level of underground coal mining is the key to green mine construction.During this process，reasonable evaluation index system and weight distribution are crucial.In order to make the weight distribution more scientific and accord with reality，interval-valued intuitionistic fuzzy entropy is introduced and applied to the precision of the interval evaluation of expert system.Meanwhile，the paper adopts contingency theory to confirm the final weight as well as highlight the restrictive impact of weak links，leading underground coal mining on the road of green mine development in a balanced way.All these contribute to the level of green mine.At last，the effectiveness is verified by way of numerical instances.Constructive advices are put forward for future green coal establishment.

underground coal mining；green mine；evaluation index system；interval-valued intuitionistic fuzzy entropy；contingency theory；gray clustering

2016-04-28

靖培星(1988-)，男，助教，硕士，从事矿山系统工程方向研究，E-mail：jpxatjz@163.com。

卢明银(1964-)，男，教授，博士，从事矿山系统工程方向研究，E-mail：lmy81@163.com。

N945.16

A

1004-4051(2016)12-0059-05