论在金属矿山地质灾害评估中的应用2009_图文.doc

第3l卷第3期 2009年6月 甘肃冶金 GANSU METALLURGY V01.31No.3 Jun.,2009 文章编号1672-4461200903-0025-04 模糊灰色理论在金属矿山地质灾害评估中的应用 李勇,杨成奎,黎识敏 广东省有色金属地质勘查局地质勘查研究院.广东广州、510028 摘要针对金属矿山开采所带来的地质灾害问题,运用两种理论结合建立一种灾害等级综合评估模型,将金属矿 山地质灾害的影响因子进行综合评估预测来确定金属矿山的灾害等级,将模型对实际金属矿山灾害进行评估预 测,取得了与实际情况较为吻合的效果。 关■词金属矿山;地质灾害;模糊;灰色 中图分类号P694;0159文献标识码A Application of the FuzzyGray Mathematics Theory Appraises at the Metal Mine Disaster LI Yong,YANG Chengkui,LI Shimin Guangdong Province Survey Research Institute of Non・ferrous Metals.Cuan咖510028,China AbstractGeological disaster question brings which in view of metal minemining,utilizes two kind of theories unions to e8一 tablish one kind of disaster rank overall assessment model。carries on the metal mine geology disaster influence factor the o. verall assessment tO forecast determined meted mine the disaster rank。carries on the modd to the actIlal metal mine disaster the appraisal forecast。has obtained the effect which tallies with the actual situation. Key Wordsmetal mine;geological disaster;fuzzy;gray l 引言 本课题在分析工程地质灾害基本属性的基础 上,通过对金属矿山主要地质灾害的形成机理分析 并结合工程实例,找出主要地质灾害的一般规律性, 同时对金属矿山实际调研,搜集到金属矿山工程地 质灾害的历史灾害资料和潜在灾害的实际数据,对 引起金属矿山工程地质灾害的各种因素,运用多理 论模型和方法进行综合分析,建立了金属矿山综合 危险性评估分析模型,并将金属矿山的危险性划分 为稳定、次稳定、危险、极危险四个等级,并在实际矿 山工程应用。 2模型建立的初始条件 理论的结合使用是要根据理论具有相关性的原 则,每种理论都有它各自的优点与缺点,那么对于结 合使用的理论要互相弥补各自的缺点,这样才能发 挥每种理论的优势。对于计算的精确度也可以达到 一定的要求。本文所采用的理论有两个模糊数学 理论、灰色数学理论。 对于这两种理论的结合,首先要搞清楚每种理 论所具备的优缺点 1模糊数学理论具有全面性的特点,但针对性 较差。 2灰色数学理论针对性和具体性较好。但使用 时有局限性。 那么这两种不同的理论结合在一起,可以发挥 每种理论的特点,把模糊数学理论的全面性对金属 矿山地质灾害可以有个全面的概述,这样就可以把 影响金属矿山地质灾害的各种因素更加全面的概括 起来,使评估预测的结果更加整合心J。在这个过程 中把每个步骤用灰色数学理论有针对性的进行单点 处理,那么就可以把每种因素所影响的重要程度表 达出来。 基于这样的原因,把这两种理论结合在一起,形 成一个完整的整体来对金属矿山整体地质灾害进行 4燃E-ma蚍iIGS嘶LYJ溉L126 万 方数据 甘肃冶金 第3l卷 评估与预测,这样不管在结果的准确性方面,还是在 精度方面,都会达到一个比较高的要求。对于每个 灾害影响因素其实都是有关联的,所以综合各因素 的影响大小对灾害进行评估,可以有效地处理问题 的主要方面,这样针对性更强,完全可以把重点突出 出来,对于评估结果来说也是可以达到所要的要求。 3多理论综合预测模型 本文所建立的模型其实类似于一个流程计算 图,只是在不同的阶段所使用的理论不同,同时把这 些理论通过网络逻辑组合的方式把每个计算步骤中 的结果有机的组合起来,使每个计算点的结果都能 为下一步工作提供一个影响因子,模型总的形式如 图l所示。 模型当中的理论都在实际中检验过,有一定的 精度模型的计算主要是依托Matlab中的数值计算 方法,将数值计算与逻辑计算结合起来,这样可以把 每种关联的因素能够完整应用于一体,使综合结果 的可靠度更高H J。 图l 多理论综合预测模型图 r-总关联度;j-关联因子数;n-评价项数;1-评定灾害类;Bj一模糊缘合评判向量;Aj一评估因子模糊数向量;Ri・模糊关系矩阵 4模型各因素因子 4.1权重值的确定 本课题采用关联度确定权重值,关联度是把相 关的因素可以有逻辑的组合,它能够达到多因素综 合考虑的目的。 1111 7o,x;.善1xok,x;k I】【ok,x;kI越小,1【ok,x;k越大,则 称ro,X;为xi与o的灰色关联度。 4.2评判因子的划定 根据广西矿山实际情况,划分标准见表1。 表1广西某矿山灾害等级危害评估 4.3模型建立的约束因素 本模型的约束条件主要是建立在灰色数学理论 的基础上的,因为灰色数学理论是各种理论当中归 一化处理效果最好的理论,基于这种原因,本文就将 灰色数学理论作为约束模型使用的边界条件。金属 矿山的灾害影响因素是多方面的,所以对于约束条 件也不是绝对的,它也要根据矿山特殊情况加以调 整。 设R是原评价因素样本被评价对象数据标 准化处理后的相关系数矩阵。由式l R一入,I-0解出 m个特征值,如果第一个主分量Y。的贡献率a, m 入,/∑入i0.85k。,取几种情况下的最大值进行计 算,以保证安全因素。对应的特征向量可以粗略地看 成原始因素的权重向量。如果仅,不够大,可以取前 几个主分量的贡献率和相应特征向量值的乘积的组 合,经归一化处理得出约束量值[4】。 墨燃砒E -m 咖 a i l G 。 一S 渐 L Y J M L 踟 126. c o m 万 方数据 第3期 李勇,等模糊灰色理论在金属矿山地质灾害评估中的应用 27 5工程应用 广东省横山毕陇钽铌矿区位于广东省肇庆市广 宁县横山镇辖区内,隶属国有企业肇庆市有色金属 工业总公司。毕陇矿区位于广宁县2200方位、直距 12.5km处,矿床中心点地理坐标为东经112019’ 47。,北纬23。32’04”。 矿区地处亚热带季风气候,年平均气温 21.5℃。区内雨量充沛,年均降雨量2200mm,具有 太阳辐射强、日照充足、气候温暖、雨量充沛、无霜期 长的气候特点。根据横山毕陇钽铌矿地质矿产资料 以及数据对矿山地质灾害综合危险性等级进行评 估,具体资料如下 1气象资料19632005年的资料。 温度最低一3.3℃,最高39.3℃,年平均温度 2l℃,最高平均温度25.3℃。 湿度最高月平均75,最低月平均52。 降雨量年平均降雨量l 371.6姗,最多l 901.6mm1970年,最少832.6ran,1963年;雨 量多集中在48月间。 2工程地质资料。矿区内出露的沉积变质岩为 震旦系C组第三一第五段,原岩主要是泥质岩和碎 屑岩,夹有少量呈胶体状态沉积的硅质岩,属浅海相 复理石碎屑岩建造。矿山地质灾害问题主要有采空 塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。具体统计资 料见表2。 表2新田尾陶瓷土矿灾害统计表 5.1计算一级模糊关系矩阵 用模型当中的隶属函数并借助于Madab软件 进行计算,求得模糊向量矩阵A。 A1 O.100.25O.360.20O.100.C6O.36O.20 0.03O.260.24O.23O.030.26O.10O.23 0.000.280.210.00O.000.280.21O.00 0.2l 0.23O.000.24O.240.23O.000.05 O.10O.250.36O.200.20O.250.360.20 O.03O.26O.24O.23O.23O.26O.240.23 O.00O.28O.21O.00O.00O.28O.2l O.00 O.2l 0.2l O.00O.22O.21O.23O.000.24 将以上模糊向量进行归一化处理后,得综合模 糊矩阵△ △ 0.04 O.12 O.2l O.06 O.03 0.14 0.09 0.22 0.08 0.25 O.16 0.1l O.30 0.07 O.09 O.10 O.3l O.23 O.14 0.06 O.07 0.09 0.04 O.13 0.12 O.32 0.22 0.15 0.17 O.20 O.16 0.24 O.Ol 0.04 O.10 0.02 0.Ol 0.04 0.10 0.04 0.25 O.10 0.08 0.12 0.25 O.10 O.08 O.12 0.40 0.04 O.20 O.15 0.20 0.04 O.10 O.30 0.13 O.09 0.11 O.20 0.10 O.20 O.1l O.16 5.2关联度计算权重值 y1,01.00O.100.030.000.21 O.100.030.000.21/9O.186 12,O1.000.250.260.280.23 0.250.26O.280.21/90.335 13,01.000.400.040.030.15 0.400.040.050.15/90.251 y4,01.OO0.200.230.000.24 0.200.230.000.22/90.200 y5,01.00O.10O.030.OO0.12 0.10O.03O.00O.21/9O.176 16,O1.000.060.260.280.23 0.25O.260.280.23/90.316 77,01.000.360.100.210.004-0.360.240.2lO.00/90.275 y8,O1.000.200.230.000.05 0.20O.230.000.24/90.238 由以上计算结果可以得出模糊矩阵的权重值向 量为 Al’{y1,0,12,0,13,0,14,0,r5, O,16,O,17,O,18,0}; j Al 70.186,0.335,0.251,0.200,0.176,0. 316,0.275,0.238 同理可以得出另外三组模糊矩阵的权重向量值 如下 A2’0.201,0.135,0.089,0.212,0.124,0. 210,0.127,0.246 A3’0.094,0.45l,0,320,0.216,0.098,0. 214,0,164,0.257 A4’0.235,0.154,0.290,0.178,0.420,0. 216,0.403,0.102 归一化处理得综合等级因素为 A10.179,0.268,0.237,0.201,0.204,0. 239,0.242,0.210 5.3运用灰色线形规划GLP模型进行地质灾害 危险性等级的确定 首先选取四级模糊评判集中的特征值来计算地 质条件的权重值,入。取每行中最大值,则有 函蓝野0纥监,;tr/,,q理OCg№E-。m。。。ailG。一S8L拍YJ渊I国 万 方数据 甘肃冶金 第3l卷 入l al。-■一2 ,;、 0.330 0.1980.253O.24l0.2660.2400.2730.2190.195 所以得 {al,It2,n3,IX.,It5,IX6,IX7,仅8}{0.195,0.234,0. 316,0.198,0.146,0.258,0.344,0.179} 用Maflab软件计算其他三个等级如下结果如 下 0.3269O.2428 0.3573 0.1278O.3649 0.1871 0.2398 0.4126 O.3257 xl x2一 X3Ⅳ k” X5Ⅳ X6Ⅳ x,Ⅳ x8 0.169l 0.3265 0.1982 0.2l“ 0.3025 0.21160.15900.29880.14663269242835731278 36491871 2398 4126 3257 0.16910.32650.1982O.21640.30250.21160.15900.29880.1466 所以目标值为rain Z[Z1,Z2][O.4316,0. 5178] 将目标值分别代人到隶属函数当中得UUl,U2,U3,U.0.245,0.326,0.120, 0.013 根据主分量Y。的贡献率的计算公式0【。入。/.∑入i≤0.85计算上式的值为0.463。 对比灾害级别值UUI,U,U,,U。≤0. 3,≤0.6,≤O.9,≤1.0 单因素灾害级别为UU。,U,u,,u。一 级,二级,三级,四级 综合灾害级别为u综合U/zuj≤0.850.463二级 由以上计算结果可以看出规划值中的数据都在 目标值以下,所以综合以上计算结果可以看出,新田 尾陶瓷土矿的灾害级别为二,与实际情况吻合。 6 结语 利用综合模型对各个矿山的分析评判不仅表明 了灰色数学理论、模糊数学理论和神经网络系统具 有统一性,适用于对金属矿山的安全评估,而且为金 属矿山工程地质灾害的预防发生和实施治理提供了 科学依据和技术可行性。由此可见,本文建立的多 理论结合法在系统评估方面有着非常广泛的应用价 值。 参考文献 徐友宁.矿山环境地质与地质环境[J].西北地质, 2005,384108一112. 朱志敏,沈冰.金属矿山环境地质条件模糊综合评 判[J】.采矿技术,2006,63364-365. M.B.Peterson;Wo Winner;Wear control handbook [M].ASME.1980. 徐友宁。袁汉春,等.矿山环境地质问题综合评价指标 体系[M].地质通报,2003,2210829-832. 王清印,等.灰色数学基础第一版[M].武汉华中 理工大学出版社,1996. 武汉地质学院北京研究生部,山西省地质矿产局管理 处.矿山环境工程地质学[M].武汉地质学院出版社, 1986. 收稿日期2008.10.14 作者简介李勇1978-,男,安徽淮北人,硕士。2001年7月毕业 于安徽理工大学土木工程专业,2008年7月毕业于桂林工学院防灾 减灾工程硕士专业。现从事矿山地质灾害及环境影响评价方面的技 术工作。 上接第5页 6 结语 1加热温度、在炉时间和加热速度是导致400 系列铁素体热轧黑卷产生边损质量缺陷的主要原 因。 2防止板坯过热、过烧现象发生和避免强化加 热是控制边损质量缺陷的有效手段。 3通过采取技术措施,实施现场攻关,取得了良 好效果,边损缺陷数量由2006年的l 909.630 t减少 至113.431t,减少1 796.199 t,边损缺陷比例由2006 年的1.469下降至0.050,下降幅度为96.58。 收稿日期,2008-lO.3l 作者简介石旭膀1966-,苗族。工程师。 4燃砌E-ma阱ilGS8LYJL126一 , , , , , , , , 勋 勋 幻 缸 私 ‰ 新 如 1J 1J 1J 1J 、 n 心 口 H b № O O 0O 00 00O 一 一 一 什 一 一 Ⅳ 什 翔 缸 勋 缸 奶 ‰ 勋 如 瓤 勋 扔 和 奶 ‰ 新 和 万 方数据 模糊灰色理论在金属矿山地质灾害评估中的应用 作者李勇 , 杨成奎 , 黎识敏 , LI Yong, YANG Cheng-kui, LI Shi-min 作者单位广东省有色金属地质勘查局地质勘查研究院,广东,广州,510028 刊名 甘肃冶金 英文刊名GANSU METALLURGY 年,卷期2009,313 被引用次数0次 参考文献6条 1. 徐友宁 矿山环境地质与地质环境 [期刊论文]-西北地质 200504 2. 朱志敏 . 沈冰 金属矿山环境地质条件模糊综合评判 [期刊论文]-采矿技术 200603 3. M B Peterson. Wo WinnerWear controll handbook 1980 4. 徐友宁 . 袁汉春 矿山环境地质问题综合评价指标体系 [期刊论文]-地质通报 200310 5. 王清印 灰色数学基础 1996 6. 武汉地质学院北京研究生部 . 山西省地质矿产局管理处 矿山环境工程地质学 1986 相似文献10条 1.期刊论文 李庶林 论我国金属矿山地质灾害与防治对策 -中国地质灾害与防治学报 2002,134 金属矿山地质灾害是人类开发矿山而直接诱发的人为地质灾害.近年来我国金属矿山地质灾害问题有明显上升的势头,可导致矿山地质灾害的潜在隐 患显著增多.文章概述了冒顶片帮、地表塌陷、滑坡、岩爆、尾矿库倒塌、矿坑突水等金属矿山典型地质灾害,指出了加强对上述地质灾害研究工作的必 要性和防治对策. 2.期刊论文 杨念哥 . 李庶林 金属矿山地质灾害信息管理系统的开发 -中国地质灾害与防治学报 2003,141 文章总结了目前我国金属矿山普遍采用人工记录、档案管理的灾害信息管理模式中存在的问题.在对我国金属矿山地质灾害全面调查和分类基础上 ,构建金属矿山地质灾害数据库,并建立灾害信息管理局域网,开发了金属矿山地质灾害信息管理系统Geological Hazard Ination Management System for Metal Mine,GHIMSMM.该系统实现了对灾害发生时间、地点、灾情、灾害诱因、经济损失、灾害分类等查询功能,并可根据该系统分析各类 灾害的发展趋势.系统集成了MAPGIS地理信息系统平台部分功能,成功地将GIS技术应用到金属矿山地质灾害防治、监测工作中. 3.期刊论文 宗学宝 . 陈春香 . 张晓嫒 . ZONG Xue-bao. CHEN Chun-xiang. ZHANG Xiao-aiGIS在金属矿山地质灾害信息 管理中的应用 -电脑知识与技术学术交流 2007,317 以广西大厂锡矿山矿区为范例,在VB环境下进行组件式GIS二次开发,建立了金属矿山地质灾害信息管理系统,对地质灾害信息进行方便、快速、有效 的管理.解决了我国金属矿山以往普遍采用的人工记录、档案管理模式中的管理不便、使用不便的问题.便于发现地质灾害与其他因素的内在联系,总结灾 害发生的规律,对矿山的防灾、减灾以及灾害损失评估具有重要意义. 4.期刊论文 李庶林 论开展金属矿山工程地质灾害研究的必要性 -采矿技术 2002,22 概述了国际和国内防灾减灾的背景,指出了开展金属矿山工程地质灾害研究的意义和必要性,概括了金属矿山地质灾害研究的历史和现状,并结合我国 金属矿山的实际,初步提出了金属矿山防灾减灾的几点对策. 5.期刊论文 刁心宏 . 远洋 . 张传信 . Diao Xinhong. Yuan Yang. Zhang Chuanxin金属矿山地质灾害及其研究发展趋势 -金属矿山 20066 详细介绍了地下金属矿山采矿中存在的地表沉降及塌陷、地下水灾害、深井岩爆等若干地质灾害问题,对国内外在地质灾害研究与防治技术方面的现 状和发展趋势进行了总结和概括,并指出了未来研究工作的重点和主攻方向,认为应对采矿引起的地质灾害及其防治技术进行系统的、深入的研究. 6.期刊论文 李爱兵 . Li Aibing基于GIS的金属矿山地质灾害预警系统研究与开发 -矿业研究与开发 2006,26z1 综述了GIS应用于地质灾害研究方面的进展,认为目前在金属矿山地质灾害预警系统GIS技术方面的研究存在严重的不足,从而提出了金属矿山地质灾 害预警系统研究的实施内容及方法.对一个基于GIS的地压灾害监测管理系统实例作了简单介绍. 7.学位论文 滕冲 金属矿山地质灾害评估系统及综合预测模型研究 2007 金属矿山的开采对环境造成的破坏以及对人们正常的生产、生活的影响日益广泛,它不仅造成经济上的损失、人员的伤亡,同时也使生态环境恶化 ,目前对于金属矿山地质灾害的研究进展较为缓慢。随着我国工业的不断发展,对于各种金属的需求不断的增加,金属矿山的开采步伐在加快,由此所 产生的灾害问题已经严重影响到矿山周围人们的生存,所以对于金属矿山的地质灾害问题的处理势在必行。金属矿山工程地质灾害受到多种因素的影响 ,对于金属矿山地质灾害的评估与预测的方法和理论也不断地出现,这些方法或理论只是针对地质灾害的某个方面进行评估预测,具有局限性。而且用 单一的方法或理论去处理多因素的问题本身就具备片面性,在精度方面也达不到要求,因此对金属矿山进行合理评估方法的研究具有重要意义。 为了正确评估矿山的危险性和破坏损失,本文在分析工程地质灾害基本属性的基础上,通过对金属矿山主要地质灾害的形成机理分析并结合工程实 例,找出主要地质灾害的一般规律性,同时对金属矿山展开实际调研,搜集金属矿山工程地质灾害的历史灾害资料和潜在灾害的实际数据,对引起金属 矿山工程地质灾害的各种因素,运用各种模型和方法进行分析,建立了针对金属矿山具体地质灾害综合危险性评估分析模型,将金属矿山的灾害危险性 划分为稳定、次稳定、危险、极危险四个等级进行了综合评判,把灾害损失程度和生命损失程度均划分为低、中、高三个等级;对由于金属矿山开采造 成的生态破坏、经济损失、人员伤亡等运用生态评价体系与经济损失体系进行综合评价,最后将多种理论结合建立金属矿山综合评估预测模型,并对国 内29个金属矿山的工程地质灾害采用综合危险性评估模型和破坏损失模型进行了评判,根据各个矿山的实际评判结果,选取了最优化防治措施。 本文利用模糊数学理论、灰色数学理论建立了针对金属矿山地质灾害综合评估的模糊数学模型、GLP模型,并对实际矿山分析评判,评判结果不仅表 明各模型具有系统统一性,适用于对金属矿山的安全评估,而且为金属矿山工程地质灾害的预防发生和实施治理提供了科学依据和技术可行性。利用多 理论结合建立金属矿山综合评估预测模型,并对实际矿山地质灾害进行应用,取得与实际情况较为吻合的效果。由此可见,多理论结合法在系统评估方 面有着非常广泛的应用价值。 8.期刊论文 邢文战 现代测绘技术在金属矿山地质灾害中的地位与应用展望 -本溪冶金高等专科学校学报 2004,62 阐述了测绘科技在金属矿山地质灾害中的重要性 , 说明了现代测绘科学中,GPS定位技术、摄影测量技术、GPS与数字地图产品技术等方面的最新进 展及在金属矿山地质灾害研究中应用的可行性. 9.期刊论文 郭红杰.GUO Hong-jie 浅议地下金属矿山地质灾害的治理 -矿业工程2009,73 在对邯邢式矽卡岩型磁铁矿床地下开采地质灾害研究的基础上,探讨了地表沉降及塌陷等地质灾害形成的原因,并对预防和治理技术进行了探讨. 10.期刊论文 滕冲.莫时雄.程峰.王杰光.朱寿增.王星华.TENG Chong.CHENG Feng.WANG Jie-guang.MO Shi-xiong. ZHU Shou-zeng.WANG Xing-hua 多理论模型在金属矿山灾害评估中的应用 -矿产与地质2007,216 针对金属矿山开采所带来的地质灾害问题,运用两种理论结合一种灾害等级综合评估模型,将金属矿山地质灾害的影响因子进行综合评估预测来确定 金属矿山的灾害等级,对矿山灾害进行评估预测,取得了与实际情况较为吻合的效果. 本文链接http// 授权使用中国科技大学wfzykjdx，授权号e704200f-4126-4237-93cc-9e920150562c 下载时间2011年2月22日