模糊综合评判在矿山地质环境中的应用.pdf

第 卷第期重 庆 大 学 学 报 年月 文章编号 模糊综合评判在矿山地质环境中的应用 唐建新 徐宁霞 康钦容 重庆大学 资源及环境科学学院 重庆 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金资助项目 作者简介 唐建新 男 重庆大学教授 博士生导师 主要从事矿山地质灾害方向的研究 摘要 针对丘陵山区复杂的地质情况 构建了矿山地质环境影响程度的模糊综合评判指标体 系 并引入弱模糊一致矩阵结合层次分析法确定权重 解决了传统很难满足一致性检验的问 题 依据矿山特殊地质条件 将地质环境影响程度划分为三个等级构建模糊综合评判表 确定各影 响因子的隶属度 运用模糊综合评判方法 建立矿山地质环境影响程度的二级模糊综合评判模型 通过该模型在实际矿山中的应用 模型评估结果与实际结果显示的滑坡 地面沉降等地质灾害影响 程度吻合性较高 关键词 地下采煤 地质环境 层次分析法 弱模糊一致矩阵 多级模糊综合评判 中图分类号 文献标志码 地下采煤对地质环境是一种长期而连续的大范 围乃至重复性的直接破坏作用 它将诱发 加剧甚至 直接造成地质灾害 这在丘陵山区显得尤为突出 针对目前国内外学者在地下采煤对丘陵山区地质环 境影响方面缺乏系统完善的研究 本文在前人研究 地下采煤引发地质灾害的基础上 综合考虑了丘陵 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n 山区的特殊地理环境和地质条件以及人文地理等因 素的影响 系统地建立了地质环境影响程度的模糊 综合评判指标体系 由于地下采煤对山区地质环境的影响是多层 次 多因素 模糊而随机的因此本文采用多层次模 糊综合评判方法 从保护地质环境和预防地质灾 害的角度出发 研究在全部陷落法处理采空区的条 件下 采动强度 覆岩条件 地表条件对山区地质环 境的影响程度 根据影响程度结合现状条件下致灾 地质体的稳定性 可以评估受采动影响后矿山地质 灾害发生的可能性 并对矿山地质灾害的防治 提 供了充分的理论依据 模糊综合评判研究的重点是如何科学合理地确 定评价指标的权重目前确定权重的方法大致可以 分类 第类是主观赋权法 常见的有专家调查 法 二项式系数法 最 小 平 方 法 和 层 次 分 析 法 等第类是客观赋权法 常用的有主成分 分析法 熵技术法和多目标规划法等第类是主 客观综合赋权法 或称组合赋权法 将主 客观赋权 结合在一起 充分发挥各自的优点笔者引入弱模 糊一致矩阵以优化来确定权重 避免了传统 对不满足一致性检验 的矩阵进行反复调整 存在的弊端 模糊综合评判方法 指标集 评判集 指标集 评判集 模糊综合评判模型 由进行一级模糊评判 式中 先对每一类进行综合评判 将其结果看成是一个单 因素评判集 然后进行第二级的模糊综合评判 公式 如下 弱模糊一致矩阵 层次分析法 是通过专家打分制构造两 两比较判断矩阵 在确定属性权重的计算方面应用 十分广泛 由于判断矩阵的一致性很难达到 所以引 入弱模糊一致矩阵 的概念 以优化 计算的 不足 模糊判断矩阵 设模糊矩阵 若对任意的 有 则称为模糊一 致矩阵 在模糊一致矩阵中 元素 的具体意义如下 表示与同样重要 表示比重要 表示 比重要 对模糊一致矩阵而言 对于任意的 有 即 设模糊矩阵 若 满足 则 以及 则 即 满足中分传递性 则称为弱模糊一致 矩阵 将 判断矩阵转化为弱模糊一致矩阵 判断矩阵中 构造的两两比较矩阵 一般不满足一致性 但如果它满足 时 有 以及 时 有 则可利用下述变换公式 将 判断矩阵 转化为弱模糊一致矩阵 其中 为正整数 一般取或 矿山地质环境的模糊综合评判 构造模糊综合评判指标体系 根据煤矿地下开采及丘陵山区地质环境的特 点 将影响因素分为个一级指标 采动强度 覆岩条件 地表条件 每个一级指标影响 因素又可依照因素种类和评估层次分解为相应的二 级指标 如图所示 构造模糊综合评判表 依据丘陵山区的地形条件 岩土性质 地质构 造 水文地质和破坏地质环境的人类活动等因素的 影响 参照多个专家的丰富经验 构造矿山地质环境 影响程度的模糊综合评判表 定义评判集 相对应的评语为 强烈 较强烈 不强烈 如 重 庆 大 学 学 报第 卷 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n 表所示 图模糊综合评判指标体系 表地质环境影响程度的模糊综合评判表 影响因素地质环境影响程度 强烈较强烈不强烈 且且且 且 重复二次及以上采动重复一次采动初次采动 有断裂带或裂隙超过组裂隙组裂隙少于组 间距 间距 间距 薄层状中厚厚层状巨厚层状 多元组合二元组合岩性单一 外倾临空外倾临空外倾临空时倾角 且倾角 且倾角 切向临空且倾角 顺向不临空时倾角 切向临空时倾角 顺向不临空且倾角 第期唐建新 等 模糊综合评判在矿山地质环境中的应用 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n 续表 影响因素地质环境影响程度 大中等小 大中等小 说明 开采深厚比中开采深度是指各开采层按开采厚度加权的平均埋深 开采厚度是指各开采层的开采厚度 之和 土质自然陡坡是指坡角 的自然土坡 岩质自然陡坡是指坡角 的自然岩坡 贯通性结构面是指岩层层面 岩土界面 断层面及贯通性裂隙 式中 分别是走向 倾向充分采动系数分别是开采的平均走向长度 倾向宽度 是最上开采层距 地表的平均埋深 是与覆岩岩性有关的系数 坚硬岩层取 中硬取 软弱取 地震基本烈 度应按 中国地震动参数区划图 确定不良地质现象面积含其影响范围内积 影响范 围可结合工程类比法确定 应用实例 某煤矿拟开采三叠系须家河组第三段的煤 层煤层煤层 覆岩中硬矿区范围内有一隔 挡式背斜构造 轴线呈南北向延伸 并控制了区内地 层的产状变化 背斜东翼地层产状一般为 矿区地质及生产技术条件见表 表矿区地质及生产技术条件 开采煤层编号 东翼 平均埋 深 平均煤 厚 煤层加权平 均埋深 开采 煤层 煤层 煤层 特征 煤层 矿区尺寸 走向倾向 原煤产量 排矸量 矿井排水量 重复采动 土层厚度 岩层厚度中厚 岩层倾角 岩层或土层组合多元组合 裂隙发育程度裂隙组 间距 续表 地震基本烈度 地形坡角 岩质自然陡坡高度 土质自然陡坡高度 地表水对岩土体的影响中等 地下水对岩土体的影响大 不良地质现象占矿区面积 比例 贯通性结构面与斜 边 坡的关系 外倾临空且倾角 人工土质边坡高度 人工岩质边坡高度 计算各相关参数 开采深厚比 由表可知煤层的加权平均埋深为 煤 层开采总厚度 则开采深厚比 充分采动系数 由表可知 由公式 计算 可 得 重 庆 大 学 学 报第 卷 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n 构造弱模糊一致矩阵 运用专家打分法进行两两比较 并结合标 度法 见表 构造判断矩阵 并转化为相应的 弱模糊一致矩阵 如下所示 表标度表 甲指标与乙指标 相比 极 重要 很 重要 重要 略 重要 相等 略不 重要 不 重要 很不 重要 极不 重要 甲指标评价值 说明为上述评价值的中间值 由上可知判断矩阵满足式 的要 求 可利用公式 将其转化为弱模糊一致矩阵 为 方便计算在此取 并结合公式 的性质 计算 结果如下 利用 软件计算弱模糊一致矩阵 的特 征向量为 同理可计算判断 矩阵 的特征向量 依次如下 构造模糊矩阵 依据表 每个因素的影响程度均分为强烈 较 强烈和不强烈三个等级 构造判断矩阵如下 模糊综合评判 根据弱模糊一致矩阵特征向量和判断矩 第期唐建新 等 模糊综合评判在矿山地质环境中的应用 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n 阵进行一级模糊综合评判 结果如下 结合权重集 利用公式 对矿山地质环境做 出二级模糊综合评判 结果如下 按照最大隶属原则 该矿采动后地质环境影响 程度颇为强烈 结论 通过分类分层次建立的矿山地质环境综合评 判指标体系 结合和弱模糊一致矩阵计算权 重以及模糊关系矩阵建立了丘陵山区地质环 境影响程度的二级模糊综合评判模型 应用该模型对某矿的地质环境进行了综合评 判 依据最大隶属原则评判出的结果显示 采动影响 后该地区的地质环境影响程度颇为强烈 与实际滑 坡 地面沉降等地质灾害情况吻合程度较高 模糊综合评判模型的建立 综合考虑了地下 采煤对丘陵山区地质环境影响因子的模糊性与层次 性 评判结果比其他方法更符合实际 参考文献 国土资源部地质灾害危险性评估技术规范北京 邱东多指标综合评价方法的系统分析北京 中国 统计出版社 陶连金 黄润秋 许强 等地质灾害过程模拟和过程控 制研究北京 科学出版社 王磊层次分析法的应用科技信息 科学教研 严世华 田效基于层次分析法的判断矩阵一致性调整 方法兵工自动化 张燕姑基于模糊一致矩阵的研究计算机工程与设 计 宋光兴多属性决策理论 方法及其在矿业中的应用研 究昆明 昆明理工大学管理与经济学院 陈从新 黄平路 卢增木岩层倾角影响顺层岩石边坡 稳定性的模型试验研究岩土力学 编辑赵静 重 庆 大 学 学 报第 卷 欢迎访问重庆大学期刊社 h t t p //q k s .c q u .e d u .c n