陳尚波　黃　彬

(1.江西安全生產(chǎn)科技研究中心；2.贛州稀土礦業(yè)有限公司)

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未確知測(cè)度在復(fù)雜采空區(qū)安全預(yù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陳尚波1黃彬2

(1.江西安全生產(chǎn)科技研究中心；2.贛州稀土礦業(yè)有限公司)

摘要基于未確知測(cè)度理論的應(yīng)用，結(jié)合工程地質(zhì)實(shí)際情況，選取多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)的未確知函數(shù)，提出了評(píng)價(jià)復(fù)雜采空區(qū)安全等級(jí)的數(shù)學(xué)理論模型，對(duì)影響采空區(qū)穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素進(jìn)行定性、定量分析，根據(jù)信息熵及置信度識(shí)別準(zhǔn)則等指標(biāo)進(jìn)行綜合安全預(yù)評(píng)價(jià)。以某銅礦-460-7p特大復(fù)雜采空區(qū)為例進(jìn)行安全預(yù)評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)結(jié)果與工程實(shí)際情況吻合，說明了該模型適合于采空區(qū)安全穩(wěn)定性分析。

關(guān)鍵詞未確知測(cè)度熵權(quán)置信度識(shí)別準(zhǔn)則安全評(píng)價(jià)

地下礦產(chǎn)資源開發(fā)時(shí)留下的未及時(shí)處理的采空區(qū)成為礦山生產(chǎn)的重大安全隱患，為此，對(duì)礦山現(xiàn)存采空區(qū)的安全穩(wěn)定性評(píng)估顯得及為重要。目前采空區(qū)安全穩(wěn)定性分析方法主要有：①公式法，有穩(wěn)定性預(yù)測(cè)公式、穩(wěn)定性系數(shù)公式、Naron的巖體質(zhì)量Q值公式等[1]；②數(shù)值分析法，有有限元、邊界元、離散單元法、拉格朗日元法、非連續(xù)變形分析和流形元等方法[2]；③數(shù)學(xué)理論法，主要有灰色聚類分析、物元分析、BP人工神經(jīng)網(wǎng)等[3-7]。本文以未確知數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)建立空區(qū)安全等級(jí)預(yù)評(píng)價(jià)模型，與灰色聚類分析、物元分析、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等評(píng)價(jià)方法相比，預(yù)測(cè)結(jié)果更嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致，準(zhǔn)確度更高[8-9]。

1評(píng)價(jià)模型的構(gòu)成

結(jié)合地下礦山空區(qū)賦存環(huán)境，充分地考慮影響采空區(qū)安全評(píng)價(jià)的定量和定性因素，以巖石質(zhì)量指標(biāo)、跨度、面積、高度、埋藏深度作為定量指標(biāo)，以巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水體對(duì)圍巖的影響、采空區(qū)規(guī)格形狀、工程布置等因素作為定性指標(biāo)，建立了采空區(qū)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1、表2所示。各指標(biāo)均劃分為4個(gè)等級(jí)：極不安全、不安全、較安全和安全，分別用A，B，C和D表示。HJ

2采空區(qū)安全預(yù)評(píng)價(jià)的未確知測(cè)度模型

設(shè)A1,A2,…,Ai為待評(píng)價(jià)采空區(qū)穩(wěn)定性的n個(gè)因素，則評(píng)價(jià)對(duì)像A={A1,A2,…,Ai}稱之為論域。對(duì)于每單個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象Ai(i=1,2,…,n)有m個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)空間，即B={B1,B2,…,Bm},則Aij可表示為評(píng)價(jià)對(duì)象的單因素Ai在m個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Bm的觀測(cè)值。Ai={bi1,bi2,…,bim}，其中，對(duì)每個(gè)子項(xiàng)bij(i=1,2,…,n；j=1,2,…,m)，假設(shè)有p個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí){C1,C2,…,Cp},評(píng)價(jià)空間記為U，則有U={C1,C2,…,Cp}。設(shè)Ck(k=1,2,…,p)為第k級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)，且k級(jí)比k+1級(jí)危險(xiǎn)等級(jí)高，記作Ck>Ck+1。若滿足C1>C2>C3>…>Ck，稱{C1,C2，…,Cp}是U的一個(gè)分割類[10]。

表1　采空區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的定性指標(biāo)分級(jí)與賦值

表2　采空區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的定量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.1單指標(biāo)未確知測(cè)度

uij=u(bij∈Ck)表示測(cè)量值，位列第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Ck的程度，并符合：

(1)

(2)

(3)

矩陣(uijk)m×p為單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣，并具備

(4)

2.2指標(biāo)權(quán)重的確定

(5)

(6)

2.3多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量

令uik=u(Ai∈Ck)為評(píng)價(jià)樣本Ai屬于第k個(gè)評(píng)價(jià)類Ck的程度，則有

(7)

2.4置信度識(shí)別準(zhǔn)則

利用置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出最終評(píng)價(jià)：設(shè)λ為置信度(λ≥0.5)，通常取0.6或0.7，若C1>C2>…Cp,且令

(8)

則認(rèn)為采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)對(duì)象Ai屬于第k0個(gè)評(píng)價(jià)類Ck0。

3應(yīng)用分析

利用表1的定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和表2的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分，構(gòu)造了如圖1～圖6的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)。

圖1　巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

3.1單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

表3為某銅礦各因素取值。

圖2　采空區(qū)跨度單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

圖3　采空區(qū)面積單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

圖4　采空區(qū)埋藏深度單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

圖5　采空區(qū)高度單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

圖6　定性因數(shù)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

指標(biāo)I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13數(shù)值41572212901869010044602

將表3中各因素取值分別代入圖1～圖6，求出各指標(biāo)的單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣為：

3.2綜合測(cè)度矩陣

根據(jù)式(1)～式(6)，確定該銅礦-460-7p采空區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重wj=[w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8,w9,w10,w11,w12,w13]=[0.082 584，0.082 584，0.042 492，0.082 584，0.082 584，0.082 584，0.082 584，0.040 984，0.082 584，0.082 584，0.082 584，0.082 584，0.082 584],由式(3)可以得出采空區(qū)安全性評(píng)價(jià)的綜合測(cè)度向量為:uk=[0.412 92，0.284 565，0.120 350 2，0.182 164 8] .

3.3等級(jí)識(shí)別

根據(jù)上述綜合測(cè)度向量，得到了該方案的等級(jí)累計(jì)(見表4)。取置信度λ=0.6，該銅礦-460-7p采空區(qū)安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)為B,即安全級(jí)別為不安全。

表4　-460-7p采空區(qū)安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)累計(jì)

4結(jié)論

通過引入系統(tǒng)理論中的未確知測(cè)度數(shù)學(xué)理論對(duì)采空區(qū)進(jìn)行安全穩(wěn)定性分析，建立了采空區(qū)安全預(yù)評(píng)價(jià)模型，對(duì)影響采空區(qū)穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素進(jìn)行定性、定量分析，并利用熵確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)定量分析計(jì)算，得出了采空區(qū)的安全等級(jí)級(jí)別。該方法能夠綜合采空區(qū)穩(wěn)定性的各影響因素，為實(shí)際采空區(qū)處理決策提供了可靠的手段。

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(收稿日期2015-09-28)

Unascertained Measurement in the Safety Pre-evaluation of Complicated Goaf

Chen Shangbo1Huang Bin2

(1. Jiangxi Safety Production Science and Technology Research Centor;2. Ganzhou Rare Earth Mineral Industry Co., Ltd.)

AbstractBased on the application of unascertained measurement theory and combing with the actual engineering geological situations, several evaluation indicators are selected to establish the unascertained function of each indicators. The influence indicators of goaf stability are conducted qualitative and quantitative analysis, the comprehensive safety pre-evaluation is conducted based on the information entropy and confidence identification criteria. Taking the -460-7p large complicated goaf of a copper mine as the research example, the comprehensive safety pre-evaluation is conducted, the prediction is consistence with the actual situation, therefore, it is show that the safety pre-evaluation model established in this paper is suitable for conducting the goaf safety and stability analysis.

KeywordsUnascertained measure, Information entropy, Confidence identification criteria, Safety evaluation

陳尚波(1988—)，男，工程師，碩士，330030 江西省南昌市青云譜區(qū)撫河南路199號(hào)。