煤矿区地表沉陷的影响因素权重的确定.pdf

科技风科技风2020年年7月月工程技术工程技术 DOI10. 19392/j. c n ki. 1671-7341.202020094 煤矿区地表沉陷的影响因素权重的确定 王献虎1任美洲2 1西安煤航遥感信息有限公司陕西西安西安煤航遥感信息有限公司陕西西安710199 ；2,中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 摘要摘要地表沉陷是一个复杂的力学过程。影响地表沉陷的因素有松散层、上覆基岩、煤层倾角、开采深度以及开采厚度等。 本文对各因素之间的交互性、互相之间的作用作了分析，并利用熵权法对影响地表沉陷的因素的权重进行了确定，为综合评价地 表沉陷变形和预计提供了依据。 关键词关键词地表沉陷；影响因素；权重；熵权法 煤矿区地表沉陷是由于煤层被开采之后，上覆基岩失去下 部支撑，地层内部应力的平衡遭受破坏,导致地层内部应力重 新分布，迫使采空区周围的地层产生变形。当采空区面积达到 一定的程度后，引起采空区上方地表产生移动与变形1。煤矿 区地表沉陷严重影响着生态环境和生活环境，容易引起地表 水、耕地、房屋、道路等生活生产设施受到破坏,导致山区山体 滑坡卩4;给工农业生产带来严重威胁，因此准确地预测煤矿区 地表沉陷对煤炭资源开采的研究、开采灾害的控制、矿山生态 环境的改善等具有重要的意义。 煤矿区地表沉陷预测是近年来比较热门的课题之一，除了 传统的实测研究方法、理论分析法、物理模拟与数值模拟方法 和可视法外，在许多学科广泛应用的人工神经网络、模糊模式 识别理论、灰色系统预测理论等新型评价模型也被应用于预测 煤矿区的地表沉陷。其中一些方法要用到定量指标的权重。 确定指标权重的方法很多，可分为主观赋权法、客观赋权法、组 合赋权法。最常用的有层次分析法AHP和熵权法，在应用 AHP方法时，由于评判人员的知识水平、个人喜好、认知能力和 对评价对象的理解程度不同，导致对评价结果各有差异［5］。而 熵权法依托熵的性质，把多指标决策评价中各待选方案的固有 信息和决策者经验判断的主观信息进行量化综合，建立基于熵 的多指标决策评价模型。其特点是能够将系统中各评价指标 的理想值与当前情况下相应的评价指标进行比较，是一种理想 的定量与定性相结合的评价模型,也是一种多目标决策的有效 方法。 影响煤矿区地表沉陷的主要因素影响煤矿区地表沉陷的主要因素 多年的现场实践表明，开采沉陷的分布规律和大小取决于 地质采矿因素，只有正确地认识和掌握这些因素的影响，才能 合理有效地解决生产中遇到的实际问题，提高分析问题的能 力。影响地表沉陷的因素主要有以下几个［6］ 1.1上覆岩层坚固性系数 上覆岩层坚固性系数是反映上覆基岩坚固性的一个相对 指标，其值越大，表明该岩层愈稳定，岩体不易垮落;反之，上覆 岩层坚固性系数越小，岩体越容易垮落。 1反之，深厚比越小，地表移动值就越大，地表变形程度就 越咼。 1.5煤层倾角 煤层倾角的大小，对上覆基岩的移动形式、破坏形态和地 表移动盆地的形态均有较大的影响。地表移动各种角量参数 的变化都与煤层倾角有关。 1.6采煤方法 在同一矿区，不同的采煤方法对地表沉陷的作用不尽相 同。常见的减小地表变形的采煤方法主要有房柱式采煤法、条 带开采法、充填法处理采空区、采空区离层带中高压注浆等方 法。而这几种方法各有优缺点，在生产中应根据矿区实际选择 开采方法。 2熵权法的基本算法熵权法的基本算法 客观赋权法中的熵权法近年来在工程技术、经济管理和社 会生活中得到广泛应用。 当评价对象在某项指标上的值相差较大时，熵值较小，指 示该指标提供的有效信息量较大，该指标的权重也应较大;反 之，若某项指标的值相差越小，熵值较大,说明该指标提供的信 息量较小，该指标的权重也应较小。当各被评价对象在某项指 标上的值完全一致时熵值将最大,指示该指标没有向决策提供 任何有用的信息。所以，“熵权”理论是一种客观赋权方法。本 文采用熵权法赋权。 熵权法确定权重的基本算法 1 定义为矩阵K第J项指标下第“个被评价对象的指 标值的比重，，则 厶L“/当然它也有不足之处， ，从 熵权法计算指标权重的定义分析， ，第J个准则＞“1,2,0,g值 分布越分散,相应的*值也越大,w,值也越大,表明第j个准则 的＞i 1,2,0,m值分布相对集中;相应的*值越小,W/值也 越小，，表明该准则评价中的作用越低;如果＞“1,2，，，，g值 都相等，，即准则评价绝对集中；；相应的*值和w值变为零，，表 明该准则对总体评价不起任何作用。因此,取值高度集中或绝 对集中的指标的权重区域零或等于零，，可能会导致地表沉陷的 影响因素失去作用，还可能会导致准则权重与事实相悖。 3应用实例应用实例 地表变形系统是一个复杂的开放系统，，下转第132页 117 机械化工机械化工科技风科技风2020年年7月月 性能和使用特性。⑵第三是稳定弹簧形状，回火15 30分钟后 弹簧外圈会缩到一个稳定水平。因此，卷制好的弹簧将会由人 工送入连续式热风回火炉中进行低温回火定型，回火炉温度设 定为350k,时间为半小时。 3.3磨簧 经卷簧机卷制并回火后形成的弹簧是半成品，两端面不平 行，需经磨簧机将两端面磨平，目的之一是使压缩面由点接触 改为线接触或者面接触,增加受力面积，避免接触面刮伤，第二 是使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。磨簧机参数设 定如图3o 图3磨簧机参数设定 3.4抛丸处理 弹簧的表面质量要求较高，折叠、划痕、氧化脱碳等表面缺 陷常常会成为弹簧工作时应力集中的地方及疲劳断裂源。抛 丸处理是目前应用最广泛的改善弹簧表面质量的方法之一。 抛丸处理就是通过直径0.3-0. 4mm的不锈钢丸粒高速撞击 母材表面,产生磨削作用，在这种磨削的作用下，清除工件表面 的锈蚀、氧化层、毛刺等，从而提高弹簧疲劳强度一般可提高 20 35，将弹簧的使用寿命提高310倍。⑶ 3.5强压处理 弹簧在长期反复静压的作用下，其自由高度将会有一定的 缩减，力学性能也无法一直保持初始状态。为消除加工应力、 保持弹簧使用过程中尺寸的稳定性、增强抗疲劳性，需进行强 压处理，处理后，弹簧的自由高度会发生较大的变化。4 ]强压方 法是利用强压机用较慢速度约l min把弹簧压至规定高度， 然后缓慢放开约l min，使弹簧产生塑性变形。 上接第117页影响其变形的因素是多方位的,从大的方面来 讲，可分为地质因素和工程因素两大类,而每一类又可进一步 细分为具体的因素，根据前人研究成果，将影响地表变形的地 质因素归纳为以下几类 1 上覆岩层坚固性系数Mpa 2 开采深度％ 3 开采厚度％ 4 煤层倾角与Ma t l a b结合，更能避免 人为干扰,使计算结果客观、可信。 参考文献参考文献 1 ]钱鸣高，许家林,缪协兴煤矿绿色开采技术J] 中国 矿业大学学报,2003,324 343-348. 2]冯涛，袁坚，刘金海，等.建筑物下采煤技术的研究现状 与发展趋势J] 中国安全科学学报,2006,16 8 119-123. 3]陈祥恩，李德海，勾攀峰.巨厚松散层下开采及地表移 动 M].徐州中国矿业大学出版社,2001. 4]戈海宾，张玉建,余同勇煤矿开采沉陷有效控制新途 径的探讨J] .矿业安全与环保,2006,331 71-72. 5夏小刚.AHP法在确定地表变形因素权重中的应用 J] 西安科技大学学报,2008 ,282 244-248. 6谢东海，冯涛，袁坚，等.建筑物下采煤的地表沉陷预测 J].西部探矿工程,20084 103-106. 132