DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-023-31782-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38183552
تاريخ النشر: 2024-01-06
المؤلف: Nilufer Kursunoglu
الموضوع الرئيسي: تحليل المخاطر والسلامة
نظرة عامة
تستكشف الدراسة المخاطر المرتبطة بانفجارات الميثان في مناجم الفحم تحت الأرض، مع التأكيد على الحاجة إلى طرق فعالة للتحكم في الحوادث لتعزيز سلامة العمال وتقليل الخسائر المالية. باستخدام منهجية هجينة تجمع بين عملية التحليل الهرمي الضبابي (FAHP) وتقنية التفضيل بالترتيب من خلال التشابه مع الحل المثالي (FTOPSIS)، تحدد الأبحاث وترتب 34 عامل خطر فرعي، حيث يظهر “نظام التهوية غير المناسب” كأكثرها أهمية. تشير النتائج إلى أن “تحسين تكنولوجيا السلامة” و”الاستثمارات المالية” هما الاستراتيجيتان الأكثر فعالية لتخفيف مخاطر الانفجار.
تساعد عملية دمج FAHP وFTOPSIS ليس فقط في اختيار طرق التحكم في الانفجارات المثلى ولكن أيضًا في تعزيز دقة اتخاذ القرار في حالات الطوارئ. تدعو الدراسة إلى نهج استباقي لإدارة المخاطر يتجاوز الامتثال التنظيمي، موصية بإجراء تقييمات مخاطر مخصصة لكل منجم على حدة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تحليلات مقارنة مع طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) الأخرى وتطوير إطار تقييم مخاطر ديناميكي يستفيد من البيانات في الوقت الحقيقي من خلال تقنيات إنترنت الأشياء. يهدف هذا النهج المبتكر إلى تقديم استراتيجية شاملة لمنع حوادث انفجار الميثان في عمليات تعدين الفحم.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على المخاطر الكامنة المرتبطة بتعدين الفحم، مع التأكيد على أنه واحد من أكثر المهن خطورة على مستوى العالم بسبب الظروف المتغيرة باستمرار. تشكل الحوادث المهنية في مناجم الفحم، وخاصة انفجارات الغاز، والحوادث المتعلقة بالآلات، وسقوط الأسطح، تهديدات كبيرة، حيث تعتبر الحوادث المتعلقة بالغاز السبب الرئيسي للوفيات في تركيا. توضح الورقة الظروف الحرجة اللازمة لحدوث انفجارات الميثان وتؤكد على أهمية إجراء تقييمات مخاطر شاملة لتخفيف هذه المخاطر. على الرغم من الانخفاض التدريجي في الإصابات والوفيات، لا تزال قضايا السلامة قائمة، مما يستلزم نهجًا استباقيًا لإدارة المخاطر يشمل جميع أعضاء الطاقم.
تقترح الدراسة استخدام تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM)، وتحديدًا عملية التحليل الهرمي الضبابي (FAHP) وTOPSIS الضبابية (FTOPSIS)، لتعزيز تقييم المخاطر في تعدين الفحم. تعاني طرق تقييم المخاطر التقليدية من قيود، مثل الاعتماد على البيانات الدقيقة والتحديات المتعلقة بتقييم المخاطر بدقة. بالمقابل، تسمح أساليب MCDM الضبابية بتقييم أكثر دقة للمخاطر من خلال دمج الأرقام الضبابية، التي تعكس بشكل أفضل عدم اليقين الكامن في اتخاذ القرار. تهدف هذه الأبحاث إلى تحديد أولويات المخاطر التي تؤدي إلى انفجارات الميثان وترتيب طرق التحكم في الانفجارات (ECMs) بشكل فعال. من خلال دمج FAHP وFTOPSIS، تسعى الدراسة إلى تقديم إطار شامل لتحسين تدابير السلامة في تعدين الفحم تحت الأرض، مما يعالج فجوة في الأدبيات الحالية بشأن التطبيق المشترك لهذه المنهجيات للتحكم في انفجارات الميثان.
طرق
توضح قسم المنهجية النهج المنهجي المستخدم في البحث لتحقيق أهداف الدراسة. يتناول التصميم التجريبي، بما في ذلك اختيار المشاركين، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المستخدمة لتقييم النتائج. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، حيث تم استخدام أدوات إحصائية لتحليل البيانات المجمعة من مصادر متنوعة.
تشير النتائج الرئيسية من المنهجية إلى أن الطرق المختارة كانت فعالة في التقاط البيانات ذات الصلة، مما يضمن موثوقية وصحة النتائج. يبرز القسم أهمية عمليات جمع البيانات وتحليلها بدقة، والتي تسهم في قوة استنتاجات الدراسة بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك، تسلط المنهجية الضوء على أي قيود تم مواجهتها أثناء البحث، مما يوفر فهمًا شاملاً لإطار الدراسة وآثاره على الأبحاث المستقبلية.
نتائج
في هذا القسم، تستخدم الدراسة عملية التحليل الهرمي الضبابي (FAHP) لحساب أوزان المخاطر، مع التأكيد على الاتساق الذاتي لتقييمات الخبراء لتعزيز دقة اتخاذ القرار في ظل عدم اليقين. تسهل طريقة FAHP استخدام الأرقام الضبابية، مما يسمح للخبراء بالتعبير عن تقييماتهم بمصطلحات لغوية بدلاً من قيم عددية دقيقة، وهو ما يعد مفيدًا بشكل خاص نظرًا للبيانات المحدودة المتاحة. بعد تحليل FAHP، تم تطبيق تقنية التفضيل بالترتيب من خلال التشابه مع الحل المثالي (FTOPSIS) لترتيب تدابير التحكم في الانفجارات المختلفة (ECMs). أظهرت النتائج أنه من بين 34 عامل خطر فرعي، تم تحديد “نظام التهوية غير المناسب” و”كمية الهواء غير الكافية” كأكثرها أهمية، مع أوزان تبلغ 0.144 و0.107، على التوالي. تتماشى هذه النتائج مع الأدبيات الحالية، التي تسلط الضوء على الدور الكبير لمشاكل التهوية في حوادث انفجار الغاز.
تناقش الدراسة أيضًا آثار إدارة الميثان في مناجم الفحم، مؤكدة أن أنظمة التهوية الفعالة ضرورية لمنع الانفجارات. رتبت نتائج FTOPSIS ECM 4 (تحسين تكنولوجيا السلامة) كأهم إجراء، تليها ECM 2 (الاستثمارات المالية)، ECM 1، وECM 3. يدعو المؤلفون إلى زيادة الاستثمار في تقنيات السلامة، مثل أنظمة التهوية الذكية وأنظمة مراقبة الغاز، لتعزيز السلامة التشغيلية. تقترح الأبحاث أيضًا أن مبادئ FAHP وFTOPSIS يمكن تكييفها لتقييم المخاطر في بيئات جيولوجية متنوعة، مما يوسع من قابليتها للتطبيق ويدمج البيانات في الوقت الحقيقي لإدارة المخاطر الديناميكية.
نقاش
تناقش الدراسة القضية الحرجة لسلامة انفجارات الميثان في مناجم الفحم تحت الأرض، مع التأكيد على الحاجة إلى تقييمات مخاطر شاملة بسبب الطبيعة المعقدة والديناميكية لبيئات التعدين. تعاني طرق تقييم المخاطر التقليدية من قيود بسبب عدم اليقين ومتطلبات البيانات، مما دفع المؤلفين للدعوة إلى نهج مبتكر يدمج عملية التحليل الهرمي الضبابي (FAHP) وتقنية التفضيل بالترتيب من خلال التشابه مع الحل المثالي (FTOPSIS). يسمح هذا المنهج المدمج بتحديد أولويات المخاطر بدقة واختيار فعال لطرق التحكم في الانفجارات (ECMs)، مما يعزز في النهاية تدابير السلامة ويقلل من المخاطر المرتبطة بانفجارات الميثان.
تحدد الأبحاث 34 خطرًا محددًا يساهم في انفجارات الميثان، مقسمة إلى ثماني مجموعات رئيسية، وتستخدم FAHP لتقييم أهميتها النسبية. ثم يتم استخدام طريقة FTOPSIS لترتيب ECMs بناءً على هذه التقييمات، مما يكشف أن “تحسين تكنولوجيا السلامة” هو الحل الأكثر فعالية. تؤكد تحليل الحساسية على قوة النتائج، مما يشير إلى أن ترتيب البدائل يبقى ثابتًا عبر سيناريوهات مختلفة. لا تملأ الدراسة فجوة في الأدبيات الحالية من خلال دمج هذه المنهجيات فحسب، بل تقدم أيضًا رؤى قابلة للتنفيذ لصانعي القرار في صناعة تعدين الفحم، داعية إلى نهج استباقي لإدارة المخاطر يتجاوز مجرد الامتثال التنظيمي. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) الإضافية وتطوير أطر تقييم مخاطر ديناميكية تستخدم البيانات في الوقت الحقيقي.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-023-31782-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38183552
Publication Date: 2024-01-06
Author(s): Nilufer Kursunoglu
Primary Topic: Risk and Safety Analysis
Overview
The study investigates the risks associated with methane explosions in underground coal mines, emphasizing the need for effective accident control methods to enhance worker safety and minimize financial losses. Utilizing a hybrid methodology that combines fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) and fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (FTOPSIS), the research identifies and ranks 34 sub-risk factors, with “improper ventilation system” emerging as the most critical. The findings suggest that “improving safety technology” and “financial investments” are the most effective strategies for mitigating explosion risks.
The integration of FAHP and FTOPSIS not only aids in selecting optimal explosion control methods but also enhances emergency decision-making precision. The study advocates for a proactive approach to risk management that goes beyond regulatory compliance, recommending tailored hazard assessments for individual mines. Future research directions include comparative analyses with other multi-criteria decision-making (MCDM) methods and the development of a dynamic risk assessment framework that leverages real-time data through IoT technologies. This innovative approach aims to provide a comprehensive strategy for preventing methane explosion incidents in coal mining operations.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the inherent risks associated with coal mining, emphasizing that it is one of the most hazardous occupations globally due to constantly changing working conditions. Occupational accidents in coal mines, particularly gas explosions, machinery-related incidents, and roof falls, pose significant threats, with gas-related accidents being the leading cause of fatalities in Turkey. The paper outlines the critical conditions necessary for methane explosions and underscores the importance of thorough risk assessments to mitigate these dangers. Despite a gradual decline in injuries and fatalities, safety issues persist, necessitating a proactive approach to risk management that involves all staff members.
The study proposes the use of multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, specifically fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and fuzzy TOPSIS (FTOPSIS), to enhance risk assessment in coal mining. Traditional risk assessment methods have limitations, such as reliance on crisp data and the challenges of accurately rating risks. In contrast, fuzzy MCDM approaches allow for a more nuanced evaluation of risks by incorporating fuzzy numbers, which better reflect the uncertainties inherent in decision-making. This research aims to identify and prioritize hazards leading to methane explosions and to rank explosion control methods (ECMs) effectively. By integrating FAHP and FTOPSIS, the study seeks to provide a comprehensive framework for improving safety measures in underground coal mining, addressing a gap in existing literature regarding the combined application of these methodologies for methane explosion control.
Methods
The methodology section outlines the systematic approach employed in the research to address the study’s objectives. It details the experimental design, including the selection of participants, data collection techniques, and analytical methods used to evaluate the results. The study utilized a quantitative approach, employing statistical tools to analyze the data gathered from various sources.
Key findings from the methodology indicate that the chosen methods were effective in capturing relevant data, ensuring reliability and validity in the results. The section emphasizes the importance of rigorous data collection and analysis processes, which contribute to the overall robustness of the study’s conclusions. Additionally, the methodology highlights any limitations encountered during the research, providing a comprehensive understanding of the study’s framework and its implications for future research.
Results
In this section, the study employs the Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) to compute hazard weights, emphasizing the subjective consistency of expert evaluations to enhance decision-making accuracy amidst uncertainty. The FAHP method facilitates the use of fuzzy numbers, allowing experts to express their assessments in linguistic terms rather than precise numerical values, which is particularly beneficial given the limited data available. Following the FAHP analysis, the Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (FTOPSIS) was applied to rank various explosion control measures (ECMs). The results indicated that among the 34 sub-risk factors, “improper ventilation system” and “insufficient air quantity” were identified as the most critical, with weights of 0.144 and 0.107, respectively. These findings align with existing literature, which highlights the significant role of ventilation issues in gas explosion incidents.
The study further discusses the implications of methane management in coal mines, asserting that effective ventilation systems are crucial for preventing explosions. The FTOPSIS results ranked ECM 4 (improving safety technology) as the most vital measure, followed by ECM 2 (financial investments), ECM 1, and ECM 3. The authors advocate for increased investment in safety technologies, such as smart ventilation and gas monitoring systems, to enhance operational safety. The research also suggests that the principles of FAHP and FTOPSIS could be adapted for risk assessments in various geotechnical environments, thereby broadening their applicability and integrating real-time data for dynamic risk management.
Discussion
The study addresses the critical safety issue of methane explosions in underground coal mines, emphasizing the need for comprehensive risk assessments due to the complex and dynamic nature of mining environments. Traditional risk assessment methods are limited by uncertainties and data requirements, prompting the authors to advocate for a novel approach that integrates Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) and Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (FTOPSIS). This integrated methodology allows for precise hazard prioritization and effective selection of explosion control methods (ECMs), ultimately enhancing safety measures and minimizing the risks associated with methane explosions.
The research identifies 34 specific hazards contributing to methane explosions, categorized into eight major groups, and employs FAHP to assess their relative importance. The FTOPSIS method is then utilized to rank the ECMs based on these assessments, revealing that “improving safety technology” is the most effective solution. A sensitivity analysis confirms the robustness of the findings, indicating that the ranking of alternatives remains consistent across various scenarios. The study not only fills a gap in existing literature by combining these methodologies but also provides actionable insights for decision-makers in the coal mining industry, advocating for a proactive approach to hazard management that extends beyond mere regulatory compliance. Future research directions include exploring additional multi-criteria decision-making (MCDM) methods and developing dynamic risk assessment frameworks utilizing real-time data.