未确知测度理论在爆破飞石安全评价中的应用.pdf

第 31 卷 第 3 期 2014 年 9 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 3  Sep. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 03. 029 未确知测度理论在爆破飞石安全评价中的应用 潘 涛 1， 席 鹏2， 陶铁军3， 赵明生4， 张光权3 （1. 贵州久联民爆器材发展股份有限公司 ， 贵阳 550002； 2. 宁夏天宏爆破有限公司， 银川 750021； 3. 北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083； 4. 贵州新联爆破工程集团有限公司，贵阳 550002） 摘 要 根据土岩爆破中爆破飞石危害效应影响众多且难准确测定的特点， 通过引入未确知测度方法， 建 立了爆破飞石的安全评价模型， 并结合工程实例， 对某土岩爆破工程中飞石的危害效应进行了基于未确知测 度理论的安全评价。评价分析表明 基于未确知测度的爆破飞石安全评价模型， 采用信息熵确定评价指标权 重， 在识别准则的确定上采用置信度识别准则， 将各因素对爆破飞石危害效应的影响程度定量化， 使评价结 果更具客观性， 为合理有效地控制爆破飞石的危害效应提供了决策依据。 关键词 爆破飞石；危害效应；安全评价；未确知测度；指标权重 中图分类号 X932 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 03 -0145 -04 Application of Unascertained Measurement in Safety uation of Blasting Fly-rock PAN Tao1， XI Peng2， TAO Tie-jun3， ZHAO Ming-sheng4， ZHANG Guang-quan3 （1. Guizhou Jiulian Industrial Explosive Materials Development Co Ltd，Guiyang 550002， China； 2. Ningxia Tianhong Blasting Co Ltd， Yinchuan 750021， China； 3. School of Civil and Environmental Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China； 4. Guizhou Xinlian Blast Engineering Group Co Ltd， Guiyang 550002， China） Abstract According to the uncertainty characteristics of comprehensive action during each influencing factors of the harmful effects of fly-rock in the current rock blasting， the uncertainty measurement theory was introduced to build a safety uation model of rock blasting fly-rock， then this model was used to uate the harmful effects of blasting fly-rock in one earthwork blasting. The uation analysis show that the ination entropy and confidence identifying criterion were respectively used to ascertain the uation index weight and identifying criterion， by these ways， the unascertained degree of each effect factor was quantitative， so the uation results of this model are more objective， all of these provide decision basis for reasonable and effective controlling for the harmful effects of the blas- ting fly-rock. Key words blasting fly-rock；harmful effect；safety uation；unascertained measurement；index weight 收稿日期 2014 -09 -06 作者简介 潘 涛 （1968 - ） ， 男， 高级工程师， 主要从事民爆器材及 工程爆破研究，（E-mail） pt691112 sohu. com。 基金项目 贵州科技计划项目 （SY2010365） 随着国民经济的快速发展和矿产资源的不断匮 乏， 使得在基础设施建设和矿产资源开采中的爆破 作业离周围居民居住区越来越近， 爆破施工区域周 围环境越来越复杂， 因此必须采取更加有效的措施 来预防和控制爆破所产生的一系列危害效应， 以及 由此引发的一系列人身伤害和财产损失的事故。目 前爆破在爆破作业中所产生的事故中， 又以爆破飞 石所产生的危害效应最为严重。由于爆破飞石有飞 行方向的不确定性和飞行距离难以准确计算等特 点， 给爆区附近距离的人身、 财产安全带来了巨大的 安全隐患。在爆破施工过程中， 如果处置不当， 将会 产生大量飞石伤人伤物等事故， 造成临近爆区周围 的居民设施、 设备的损毁和附近人员的人身伤亡等 等。因此对爆破施工过程中可能造成飞石事故的危 险因素进行研究， 对产生飞石危害效应的危险程度 做出合理评判， 对工程技术人员选择合理措施预防 和控制爆破飞石事故的发生具有重要的意义， 为此 广大爆破工作者进行了大量的研究工作。如张义平 等采用事故树分析方法确定了影响爆破飞石事故的 主要因素， 并提出相应的控制措施 ［1］； 王丹丹等利 用事故树分析法对某棚户区改造爆破飞石伤人事故 进行了分析， 确定了引起顶上事件发生的因素 ［2］； 吴春平等利用量纲分析法对爆破飞石产生过程进行 了研究， 得出了特定情况下爆破飞石抛掷距离的预 测公式 ［3］； 贾玉洁等运用层次分析法对爆破飞石伤 人事故的故障树模型进行了风险分析和演算， 得出 了影响爆破飞石伤人的主要因素， 并提出了有效控 制措施 ［4］。虽然广大学者对此做了大量的研究工 作， 但是由于影响爆破飞石事故的因素众多， 而且存 在某种不确定性， 单纯力学基本原理出发， 很难对爆 破飞石的危害程度做出合理的预测， 因此必须对爆 破飞石危害效应的评判方法进行改进和创新， 才能 满足工程实际的需要， 本文根据爆破过程中飞石危害效应的种种不确 定性因素， 通过引入未确知测度方法 ［5-7］， 建立爆破 飞石危害效应的评价模型， 对爆破飞石的危害效应 进行评价， 为合理有效地控制爆破飞石的危害效应 提供决策依据。 1 评价指标体系的建立 在实际爆破工程中， 造成爆破飞石事故的影响 因素众多 ［8， 9］， 而且往往在不同的施工现场， 各因素 对爆破飞石危害程度的影响也各不相同。因此， 要 想对爆破飞石的危害效应做出科学合理的评价， 必 须从系统工程的角度出发， 根据爆破施工现场的实 际情况， 建立一套结构完备、 内容全面、 使用方便的 评价指标体系。本文根据遵义市某土岩爆破施工现 场的实际情况， 从系统工程的角度出发， 建立以设计 因素、 施工因素、 管理因素为一级指标体系， 炸药单 耗、 抵抗线等为二级指标体系的爆破飞石的安全评 价模型， 评价指标模型如图 1 所示。 图 1 爆破飞石的安全评价指标模型 Fig. 1 System index of safety uation of blasting fly-rock 2 未确知测度的计算原理 2. 1 单指标未确知测度 设 a1， a2， ， ai表示影响爆破飞石危害效应的 各评价指标， 记为 A ｛a1， a2， ， ai｝ ； 设每个评价 指标 ai对爆破飞石安全的影响有 j 个评语等级 b1， b2， ， bj， 记为 B ｛b1， b2， ， bj｝ ， 设每个评价指标 ai在第 j 个评语等级 bj的观测值可用 uij表示， 则 uij 为 ai在不同评语等级 bj的未确知测度， 作为一种测 度， 它必须满足 “非负有界性， 可加性， 归一性” 3 条 测量准则， 即 uij满足∑ j j 1uij 1。由此可建立爆破飞 石安全评价模型的评价指标的未确知测度的评价 矩阵。 uij u11u12u1j u21u22u2j uj1uj2u             ij ，（i 1， 2， ， n） （1） 641爆 破 2014 年 9 月 2. 2 评价指标的权重确定 对与观测值有关的不确定性的描述， 应该是对未 确知程度的度量， 是不同程度的观测值分布的泛函， 这就是熵 ［10］。评价指标的未确知测度一般为离散型 随机变量， 其指标权重可通过信息商计算求得。设自 然状态空间事件 X 的某个影响因子的实际发生状态 为 （x1， x2， ， xn） ， 则该因子中各状态发生的先验概 率分布为 P （X） ｛P （x1） ， P （x2） ， ， P （xn） ｝ 。则该 状态的未确知程度的熵函数为 H （x） -∑ n i 1 p （xi） lnp （xi） ， 0 ≤ p （xi）≤ 1，∑ n i 1 p （xi） 1（2） 在爆破飞石安全评价指标的未确知测度评价矩 阵中的 uij是第 i 个评价指标 ai在第 j 个评语等级 bj 的未确知测度， 可视为评价指标的 ai在不同评语等 级的先验概率， 将 P （xi） uij带入式 （2） ， 求得评价 指标 ai的熵函数为 H （u） -∑ j j 1 uijln uij（3） 令 wi（0≤wi≤1， 且∑ i i 1wi 1） 为评价模型中各 评价指标的权重， 则有 wi vi ∑ i i 1 vi ， vi 1 - 1 ln jH （u） 1 1 ln j∑ j j 1 uijln jij（4） 由式 （4） 可求得评价模型中各评价指标的权重 向量 W （ w1， w2， ， wi） 。 2. 3 综合评价结果 令 uj为爆破飞石安全评价结果在不同评语等 级的未确知程度， 则有 uj Wuij（w1， w2， ， wi） u11u12u1j u21u22u2j ui1ui2u             ij （5） 向量 u （u1， u2， ， uj） 为爆破飞石的在不同评 语等级的安全评价结果， 描述了爆破飞石在在第 j 个评语等级的未确定性安全程度。为了得到确定性 的安全评价结果， 需要对评价结果进行置信度识别。 在评价结果中， 评语等级的划分是降序排列的， 即第 j 个评语等级 uj好于第 j 1 个评语等级 uj 1， 因此 不能采用最大测度识别准则， 而采用置信度识别准 则， 其识别公式为 j0 min j j ∑ j j 1 uij≥ λ， j 1， 2， ，j， λ （λ ≥ 0. 5）（6） 实际评价过程中， 通常取 0. 6 或 0. 7， j0为满足 式 （6） 的 j 最小值， 则基于未确知测度的爆破飞石的 安全评价结果即为第 j0个评价等级。 3 工程应用实例 根据上述爆破飞石安全的未确知测评价模型， 对遵义市某土石方爆破过程中的飞石危险进行安全 评价。建立一个由 K 人组成的评判组， 每位专家给 每一个评价因素的影响指标总共可打 100 分， 按自 己的经验判断把 0 耀100 分别打给每一个影响指标。 评价指标打分结果如表 1 所示。 根据表 1 的观测值结果， 得到评价指标未确知 测度矩阵 （7） 。 uij 0. 210. 430. 250. 090. 02 0. 160. 320. 230. 160. 13 0. 230. 360. 150. 160. 10 0. 180. 330. 140. 210. 14 0. 300. 410. 130. 110. 05 0. 220. 420. 170. 110. 08 0. 310. 410. 130. 110. 04 0. 320. 430. 130. 090. 03 0. 200. 440. 150. 160. 05 0. 350. 410. 150. 600. 03 0. 350. 400. 150. 070. 03 0. 320. 410. 120. 100. 05 0. 230. 470. 170. 080. 05 0. 270. 470. 130. 100. 03 0. 260. 460. 160. 080.                                               04 （7） 由式 （4） 计算评判指标的权重可得 W （0. 0836， 0. 0166， 0. 0288， 0. 0171， 0. 0678， 0. 0500， 0. 0736， 0. 0889， 0. 0599， 0. 0958， 0. 0903， 0. 0738， 0. 00794， 0. 0906， 0. 0838） 由式 （5） 求得最终的评判结果 u （0. 2778， 0. 4249， 0. 1543， 0. 0986， 0. 0444） 取置信度 λ 0. 7， 由置信度识别准则及式 （6） 判定该土岩爆破工程中爆破飞石危害效应的安全等 级为第二等级， 即评价结果为 “较安全” ， 与实际爆 破飞石的安全状态相符。与层次分析法和模糊评价 模型相比， 基于未确知测度模型的爆破安全评价模 型注意了评价空间的有序性， 采用了置信度识别准 741第 31 卷 第 3 期 潘 涛， 席 鹏， 陶铁军， 等 未确知测度理论在爆破飞石安全评价中的应用 则， 使评价结果更合理可靠。 表 1 评价指标不打分结果 Table 1 Score results of uation index 评价因素 评价等级 安全较安全一般较不安全不安全 岩体结构 a121432592 地形条件 a21632231613 炸药单耗 a32336151610 抵抗线 a41833142114 孔网参数 a5304113115 防护措施 a6224217118 装药结构 a7314113114 装药量 a832431393 填塞长度 a9204415165 填塞质量 a1035411563 网路连接 a1135401573 安全教育 a12324112105 岗位制度 a1323471785 安全警戒 a14274713103 清场工作 a1526461684 4 结论 （1） 从系统工程的理论和方法出发， 结合土岩 爆破实际情况， 建立了以设计因素、 施工因素、 管理 因素为一级指标体系， 以炸药单耗等 15 个指标为二 级指标体系的爆破飞石危害效应的安全评价体系。 （2） 通过引入基于熵权的未确知测度方法， 构 建了土岩爆破中飞石危害效应的未确知测度的安全 评价模型， 并结合工程实例对某土岩爆破中爆破飞 石的危害效应进行了安全评价为合理有效地控制和 降低爆破飞石的危害效应， 实现土岩爆破工程的安 全生产提供了决策依据。 （3） 未确知测度评价模型采用信息熵确定评价 指标权重， 置信度识别准则对评价结果进行识别， 将 各影响因素对爆破飞石危害效应的未确知程度定量 化， 使评价结果更具客观性。 参考文献 （References） ［1］ 张义平， 曾照凯， 吴 刚， 等. 事故树分析法在爆破飞 石事故分析中的应用 ［J］ . 金属矿山， 2010 （3） 122- 125. ［1］ ZHANG Yi-ping， ZENG Zhao-kai， WU Gang， et al. 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