煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置问题研究

摘要

煤炭资源的广泛应用为推动我国国民经济建设进程、提高人民生活水平做出了并且仍将做出巨大贡献，但频发的煤矿事故在给国家和煤炭生产企业造成巨额经济损失的同时，更给广大矿工及其家属造成了巨大的灾难和痛苦，严重损害了我国各级政府及企业的形象，使得我国煤炭开采形势不容乐观。为此，我国各级政府和煤炭生产企业连年加大安全资源投入以提升安全水平，但与发达国家相比仍然差距巨大。
　　造成上述差距的主要原因之一是煤矿生产物流系统的安全资源配置失衡。常规的资源配置优化方法一定程度上可以提高煤矿安全资源配置效率，但当外界环境发生变动时，煤矿生产物流系统对安全的要求也随之变化，由此导致当前资源配置达到的安全水平往往无法满足系统新的安全要求。因此，如何优化煤矿生产物流系统的安全资源配置以实现安全水平最优、资源利用效率最高，成为我国煤炭生产企业亟待解决的一个重要现实问题。
　　对此，本文在国家自然科学基金项目(71271194)资助下，结合安全资源投入类型众多、数据体系庞大等特征，从安全资源逆优化配置角度开展了面向煤矿生产物流系统关键安全资源筛选、关键安全资源与安全水平作用机理分析、安全资源逆优化配置应用及对策研究，以期实现在不增加安全资源投入条件下即可提升安全水平的目标。本文的具体内容及创新点包括:
　　(1)分析了各类安全资源对煤矿生产物流系统的影响，采用改进粗糙集方法筛选了关键安全资源。本文首先分析了影响煤矿生产物流子系统安全的因素;其次依据安全资源指标体系建立原则及目标，构建了煤矿生产物流系统安全资源指标体系;最后提出了基于Levy飞行-人工鱼群算法(LF-AFSA)与遗传算法(GA)的改进粗糙集方法，并分析了关键安全资源筛选的算法流程，为后续分析关键安全资源与安全水平的作用机理奠定了基础。
　　(2)剖析了关键安全资源对安全水平的影响规律，采用C-D函数构建了其作用机理模型。本文首先分析了煤矿生产物流系统状态的变化规律;然后在界定系统安全水平及等级基础上，从关键安全资源投入与分配两方面分析了其对安全水平的影响;最后综合比较了常用的作用机理分析方法，选取C-D函数拟合了关键安全资源与安全水平间的非线性作用关系，建立了两者的作用机理模型，为后续安全资源逆优化配置确立了目标函数。
　　(3)阐述了煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置原理，采用逆优化方法构建了安全资源逆优化配置模型。本文首先概述了煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置的内涵、原理、实施架构及流程;然后确定了安全资源配置的目标函数及约束条件，建立了安全资源配置的原始模型;最后分析了安全资源逆优化配置的目标，并构建了安全资源逆优化配置模型，继而采用双层规划及遗传算法对模型进行了求解。
　　(4)为验证模型的有效性及实用性，以某煤业集团X矿井作为研究对象开展了安全资源逆优化配置应用研究，同时给出了相应的逆优化对策。首先收集并整理了X矿井的相关数据，构建并求解了该矿井的安全资源逆优化配置模型，结果显示应从通风技术管理和安全教育培训两方面重点对X矿井的煤矿生产物流系统的安全资源进行逆优化配置;最后从宏观和微观两个层面提出了强化煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置的具体对策。
　　研究结果表明:本文建立的安全资源逆优化配置模型可以实现资源配置的培优，即在不增加安全资源投入前提下，通过调整安全资源对安全水平的重要度将当前资源配置方案培养为最优。研究结果不仅丰富了资源优化理论体系，而且为我国煤矿生产物流系统科学合理配置安全资源提供了理论支撑和路径实现方法，同时对高效提升我国的煤矿安全生产水平具有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景

一 现实背景

二 理论背景

第二节 研究意义

一 理论意义

二 应用意义

第三节 国内外研究现状

一 煤矿生产物流系统安全问题研究现状

二 安全资源配置问题研究现状

三 逆优化理论及其应用问题研究现状

第四节 研究内容与框架

一 研究内容

二 研究框架

第五节 主要创新点

第二章 相关理论基础

第一节 煤矿安全资源投入制度演变及配置现状

一 煤矿安全资源投入制度的演变

二 煤矿安全资源配置现状

第二节 煤矿生产物流系统内涵及特征

一 煤矿生产物流系统的内涵

二 煤矿生产物流系统的特征

第三节 安全资源配置相关理论

一 安全资源配置相关概念

二 安全资源配置原理

三 煤矿生产物流系统安全资源配置特征

第四节 论文采用的方法

一 逆优化方法

二 粗糙集方法

三 双层规划方法

四 改进人工鱼群算法

五 遗传算法

第五节 本章小结

第三章 煤矿生产物流系统关键安全资源筛选

第一节 煤矿生产物流各子系统安全影响因素分析

一 采煤子系统安全影响因素

二 掘进子系统安全影响因素

三 机电子系统安全影响因素

四 通风子系统安全影响因素

五 排水子系统安全影响因素

六 运输子系统安全影响因素

第二节 煤矿生产物流系统安全资源指标体系建立

一 安全资源指标体系建立原则

二 安全资源指标体系建立目标

三 各子系统安全资源指标确定及体系建立

第三节 基于改进粗糙集的煤矿生产物流系统关键安全资源筛选

一 关键安全资源的内涵与特征

二 关键安全资源筛选方法选择

三 改进粗糙集方法的提出及应用原理

四 基于改进粗糙集的关键安全资源筛选算法及流程

第四节 本章小结

第四章 煤矿生产物流系统关键安全资源与安全水平作用机理分析

第一节 煤矿生产物流系统状态分析及安全水平界定

一 状态变化规律分析

二 安全水平等级划分

第二节 煤矿生产物流系统关键安全资源对安全水平的影响分析

一 安全资源投入对安全水平的影响分析

二 安全资源配置对安全水平的影响分析

第三节 煤矿生产物流系统关键安全资源与安全水平作用机理模型构建

一 关键安全资源与安全水平作用机理分析方法选择

二 基于C-D函数的关键安全资源与安全水平作用机理模型建立

第四节 本章小结

第五章 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置路径实现

第一节 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置概述

一 安全资源逆优化配置原理分析

二 安全资源逆优化配置实施架构

三 安全资源逆优化配置流程

第二节 煤矿生产物流系统安全资源配置原始模型构建及求解

一 模型假设及决策变量确定

二 目标函数确定

三 约束条件确定

四 模型构建及求解

第三节 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置模型构建及求解

一 逆优化配置目标确定

二 逆优化配置问题描述

三 逆优化配置模型构建

四 逆优化配置模型求解

第四节 本章小结

第六章 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置应用及对策

第一节 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置应用

一 逆优化应用背景及数据收集

二 逆优化配置路径实施

三 逆优化结果分析

第二节 煤矿生产物流系统安全资源逆优化配置对策

一 宏观层面的对策

二 微观层面的对策

第三节 本章小结

第七章 结论与展望

第一节 研究结论

第二节 研究展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果