基于模糊综合评判的矿岩体可爆性分级.pdf

第2 7 卷第4 期 2 0 1 0 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．4 D e c ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 4 ．0 1 1 基于模糊综合评判的矿岩体可爆性分级 张德明，王新民，郑晶晶，赵彬 中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要采用工程中较易获得的爆破影响因素岩石容重、抗拉强度、抗压强度和岩体完整性系数作为矿岩 体可爆性分级的指标，并利用A H P 层次分析法确定了分级指标的重要程度。同时应用模糊变换原理和最大 隶属度原则运用模糊综合评判的方法将新桥硫铁矿一2 7 0m 中段矿岩体进行可爆性分级。分级结果显示矿 体可爆性为较易，上下盘围岩可爆性为中等．较难，与矿山实际情况较为符合。 关键词爆破影响因素；A H P 层次分析；模糊综合评判；可爆性分级 中图分类号T I Y 2 3 5 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 4 0 0 4 3 0 5 B l a s t a b i l i t yC l a s s i f i c a t i o no fR o c ka n dM i n e b a s e do nF u z z yC o m p r e h e n s i v eE v a l u a t i o n Z H A N GD e m i n g ，W A N G 瓜n m i n ，Z H E N GJ i n g - j i n g ，Z H A OB i n S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t U s i n gt h ed e n s i t y ，t e n s i l es t r e n g t h ，c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dr o c km 且船i n t e g r i t y 拍t h e 伊a d i I l gi n d e x c o e f f i c i e n t ，t h eA n a l y t i cH i e r a r c h yP l r o c 嘲w a ge h o s e dt od e t e r m i n et h ei m p o r t a n c eo ft h ec l a s s i f i c a t i o nf o re v e r yi n d i c a t o r s ．T h e nt h eb l a s t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o no fr o c ka n dm i n ei nX i n q i a o 州t e 一2 7 0 ml e v e lW a Sm a d et h r o 唱ht h ea p - p l i c a t i o no ff u yt h e o r ya n dt h ep r i n c i p l eo fm a x i m u mm e m b e r s h i pd e g r e e ．1 1 l er e s u l t ss h o wt h a tm i n ec o u l db ee x - p l o s i v e d 柏e a s i l y ．t h eu p p e ra n dl o w e rs i d eo fr o c kc o u l db ee x p l o s i v e da 8m i d d l e d i f f i c u l t ．，1 1 l i sa c c o r d sw i t ht h e a c t u a ls i t u a t i o n ． K e yw o r d s b l a s t i n gf a c t o r s ；A n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s s ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；b l a s t a b i l i t yc l a s s i t l - c a t i o n 0 引言 爆破是目前采矿工程中应用最广泛、最频繁的 一种破碎岩体的有效手段引。岩体可爆性是指用 爆破的方法使岩石或岩体等被爆介质产生破坏的难 易程度。在爆破工程实践中，对岩体可爆性的准确 定量描述是合理选择爆破设计技术参数的重要依 据。但是，由于爆破问题的复杂性，国内外爆破界尚 未就岩体可爆性评估方法达成共识，计算岩体可爆 收稿日期2 0 1 0 0 6 3 0 作者简介张德明 1 9 8 2 一 ，男，博士，采矿工程，E - m a i l l e 0 8 2 0 4 2 5 1 2 6 ．c o r n o 性的方法各不相同，通常要根据岩体的几个指标来 进行岩体可爆性分级，而各个指标的权重是不相同 的[ 3 引。选择工程岩体力学的主要参数，如岩石的 容重、抗压强度、抗拉强度以及岩体完整性系数为岩 体可爆性分级的指标因素，以A H P 层次分析法确定 指标的权重，应用模糊综合评判理论建立岩体可爆 性分级评判模型。 1 模糊综合评判的数学原理 模糊综合评判就是应用模糊变换原理和最大隶 属度原则，考虑与被评判事物有关的各个因素而作 出的综合判断‘7 1 。设着眼因素集合为U “ ，，u ， 万方数据 爆破 2 0 1 0 年1 2 月 ⋯，u 。 ；决策评语集合V t 7 l ，移2 ，⋯，t ，。 。 首先，对着眼因素集合u 中的单因素u i i 1 ， 2 ，⋯，m 作单因素评判，从因素Ⅱ；着眼确定该事物 对决择等级∥f _ 『 1 ，2 ，⋯，m 的隶属r d ，这样得出第 i 个因素M ；的单因素评判集0 r 订，％，⋯，‰ 。 这就是决策评语集y 上的模糊子集。由m 个着眼 因素的评判集就构造出一个总的评判矩阵足， R o 。。。。对R 进行归一化处理可以得到着眼 因素论域 ，到决策评语论域V 的一个模糊关系评 价矩阵席。在各着眼因素u i i l ，2 ，⋯，m 之间， 有些因素在总评价中的影响程序可能大些，而另一 些因素在总评价中的影响程度可能要小些，于是定 义一个因素的权重彳，彳称为u 的因素重要程度模 糊子集，其表示式 彳 口l ，口2 ，⋯，a m 式中，a ； 0 ≤哦≤1 为u ；对万的隶属度。 当模糊向量彳和模糊关系评价矩阵席为已知 时，可用它们作模糊变换来进行综合评判，表示为 客置x 疑 式中，官 b 。。。，称为决策评语集y 上的等级模糊 子集。 上述的求解过程称为模糊综合评判的正问题。 2 矿岩可爆性影响因素 据相关文献可知，矿岩爆破的影响因素非常复 杂，2 8J 。在实际生产中，岩石可爆性评价指标主要 分为矿岩的力学性质指标、矿岩的裂隙性指标和矿 岩的爆破质量指标H J 。岩体可爆性评价指标的选 择，必须保证它具有必要的依据，并充分考虑应用的 要求，以此来达到准确、简便、易于度量的目的一。1 1 J 。 根据前人的研究成果，矿岩可爆性评价的指标选择 了目前比较容易获得的矿岩物理力学参数和现场节 理裂隙调查数据 岩石的容重、抗拉强度、抗压强度 和岩体完整性系数 ，这些因素不仅代表了矿岩本 身的物理力学性质和地质特点，而且在现场容易获 取，具有一定的合理性和可实现性。 3 工程实例应用 3 ．1 确定着眼因素集和决策评语集 设论域u 为岩体可爆性评价各单因素集合，对 于每一具体的矿岩体Ⅱ，选择以下几项作为其特性 指标，即 U u l ，Ⅱ2 ，u 3 ，U 4 式中u ，为岩石的容重；u 为抗拉强度；“，为抗压强 度；‰为岩体完整性系数。 根据特征指标将岩体稳定性分为7 个等级，决 策评语集可写 V { I 级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，V 级，Ⅵ级，Ⅶ级} { 最 易，易，较易，中等，较难，难，最难} 3 ．2 构造评价矩阵 作综合评判时，需先进行单因素评价，各因素在 不同等级中的隶属程度采用隶属函数来刻画，确定 隶属函数可根据各因素总体值域跨度进行评分，跨 度较小分差较小，跨度较大分差较大，且分数越高， 可爆性越强。本次单因素评价包括表l 中的4 个方 面。联合以上单因素评价，得到总评价矩阵 R ＼1 53 04 05 57 0 8 51 0 0 ／ 对上式“归一化”得到由隶属函数表征的模糊 关系评价矩阵 厂0 ．0 30 ．0 50 ．1 20 ．1 40 ．1 80 ．2 20 ．2 6 、 席I o 0 5 0 0 70 1 1o - 1 40 1 8 o 2 10 2 4 0 ．0 30 ．0 70 ．1 00 ．1 30 ．1 8o ．2 30 ．2 6 ＼0 ．0 40 ．0 80 ．1 00 ．1 40 ．1 70 ．2 10 ．2 5 √ 2 襄1 单因素评分表 ∞∞∞1‘_■●l踮帅∞ 0 5 O 7 7 研鲐∞如∞稻∞ O O 0 2 3 3 0 O 0 1 2 l 万方数据 第2 7 卷第4 期 张德明，王新民，郑晶晶，等基于模糊综合评判的矿岩体可爆性分级 4 5 3 ．3 确定因素重要程度的模糊子集肖 因素重要程度模糊子集彳的确定是综合评判 最关键的环节之一。近年来发表有关这方面的论 文，多是实际资料的统计或专家经验的总结⋯。利 用A H P 层次分析法进行确定。 1 构造成对比较矩阵 对影响矿岩可爆性的4 个因素，菇 { 戈。，髫，戈，， 菇。} ，进行两两因素之间的比较，比较时取l 一9 尺 度。用口。表示i 个因素相对于第，个因素的比较结 果，则成对比较矩阵A 为 A 口F 4 x 4 a l la 1 2 口2 la 2 2 口3 la 3 2 比较尺度的含义如表2 所示。 a 1 3a 1 4 a 2 3a 2 4 a 3 3a 3 4 3 表2 比较尺度表 标度o -定义 l 因素i 与因素J 相同重要 3 因素i 比因素J 稍重要 5 因素i 比因素，较重要 7 因素i 比因素J 非常重要 9 因素i 比因素J 绝对重要 2 , 4 , 6 , 8 器翠器署靴舭摊肝蚣 2 计算各因素的重要程度的模糊子集彳 根据判断矩阵提供的信息，可以用幂法求解得 到任意精度的最大特征值和特征向量。特征向量代 表该层次各因素对上一层次某因素影响大小的重要 程度。但是实际应用层次法分析时，并不需要很高 的精度，因为判断矩阵本身就存在一定的误差，而应 用层次分析法求得某层次中各因素的重要程度，从 本质上就代表某种定性的概念，所以可以采用更为 简便的近似求解法，如和法、根法和幂法，它们的精 度完全可以满足实际应用的要求[ 1 2 - 1 4 ] 。 此方法实际上是将A 的列向量归一化后取平 均值作为A 的特征向量。因为，当A 为一致性矩阵 时，它的每- - N 向量都是特征向量彳，所以在A 的不 一致性不严重时，取A 的列向量 归一化后 的平均 值作为近似特征向量是合理的。 1 将矩阵A o 。。。的每一列向量归一化得 到矩阵曩，对其按行求和得到矩阵互，将其归一化 得到特征向量 省 0 ．0 9 9 ，0 ．2 8 7 ，0 ．2 0 8 ，0 ．4 0 6 4 2 计算特征向量窟对应的最大特征根A 一的 近似值 A 。 告耋半 ㈣ n 置7 3 一致性检验 由于A 连续的依赖于a 则A 比n 大的越多，A 的不一致越严重，且用最大特征值对应的特征向量 作为被比较因素对上层某因素影响程度的权向量， 因而可以用A 一几数值的大小来衡量A 的不一致程 度。一致性检验可通过a 与肼的比值C R 进行，a 用下式确定、耐查表3 。 a 生等 6 式中，n 为A 的对角线元素之和，也是A 的特征根 之和。 表3 随机一致性指标戤的数值 Ⅳl23 456 R ／000 ．5 1 49 0 ．8 9 311 ．1 1 85 1 ．2 4 94 由随机性检验指标彤可知 当乃 1 ，2 时，R ／ 0 ，这是因为l ，2 阶正互反阵 总是一致阵。 对于，l ≥3 的成对比较阵A ，当C R 方案7 方案4 方案6 方 案3 方案8 方案l 方案9 。从评价结果来看， 爆破方案5 为本次试验的最佳爆破方案，该方案的 炮孔利用率、半孔率和不平整度分别为1 0 0 ％、7 8 ％ 和5 ，相应的爆破参数孔距、最小抵抗线和装药密 度分别为0 ．4 5m 、0 ．5 0m 和0 ．1 7k g ／m ；其次为方 案2 ，最差为方案9 。优选结果与文献的评价结果 基本相符，与实际试验情况较吻合，说明用突变理论 评价的结果可信。 3结论 1 应用突变理论综合评价模型分析光面爆破 的效果指标数据，优化光面爆破参数，并进行了实例 分析。研究表明，用突变理论处理光面爆破效果评 价，无需确定权重，解决了传统定性评价中各评价指 标权重难以确定、受参评人员主观影响大等问题，不 仅简化了评价系统，而且评价结果更科学、合理，为 爆破方案决策提出了一种新思路。 2 利用突变理论对光面爆破效果进行综合评 价时，评价指标体系的选取与评价指标相互间重要 性的判断，都会对最终的评价结果产生影响。因此， 要根据具体工程实际情况尽量做到客观真实。 3 采用光面爆破技术可以减少岩土工程超欠 挖方，加快施工进度，减少工程量，节省工程投资。 为了达到光面爆破效果，在分析影响光面爆破效果 因素的基础上，应根据不同的岩石性质和地质条件， 通过合理地选择孔距、最小抵抗线、合适的装药量， 合理安排起爆顺序及精心施工等措施来实现。 参考文献 [ 1 ] 王长友，唐又驰。刘涛．光面爆破效果B P 神经网络 预测[ J ] ．辽宁工程技术大学学报自然科学版，2 0 0 5 ， 2 4 1 7 3 - 7 5 ． [ 2 ] 蒲传金，张志呈，郭学彬，等．模糊层次分析法在光面 爆破效果评价中的应用[ J ] ．化工矿物与加工，2 0 0 6 ， 3 5 2 2 4 ．2 6 ． [ 3 ]凌复华．突变理论及其应用[ M ] ．上海上海交通大学 出版社，1 9 8 8 ． [ 4 】洪亮，王会萍．基于突变理论的煤矿突发事件应急 管理水平评价[ J ] ．煤矿安全，2 0 0 9 ，4 0 1 1 1 1 1 1 1 3 ． [ 5 ]周绍江．突变理论在环境影响评价中的应用[ J ] ．人民 长江，2 0 0 3 ，3 4 2 5 2 - 5 4 ． [ 6 ] 肖伟，吴晓东，韩国庆，等．用突变理论综合评价法 优选完井方式[ J ] ．石油钻采工艺，2 0 0 8 ，3 0 6 4 6 ．5 1 ． [ 7 ] 廖小翠，蒲传金，郭学彬．影响边坡光面爆破效果的主 要因素分析[ J ] ．化工矿物与加工，2 0 0 8 ，3 7 7 1 8 - 2 1 ． [ 8 ] 赵根．爆破方案及爆破效果灰色评价方法的探讨 [ J ] ．人民长江，1 9 9 8 ，2 9 7 4 0 - 4 1 ． 万方数据