利用模糊层次分析法对采矿方法的优化.pdf

利用模糊层次分析法 对采矿方法的 优化 朱豆雨 中国矿业大学， 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 模糊层次分析法 F A H P法 充分利用了模糊数学方面的新的研究成果，把层次分析的方法扩展应用到了模糊环境中， 在进行多个目标的决策问题过程中具有其独特的优越性。文中介绍了模糊层次分析方法的基本原理及在采矿工程中的应用， 并介绍 了采矿工业的现状， 以及模糊层次分析方法对采煤方法的优化应用。 关键词 模糊层次分析法； 采煤方法； 优化； 模糊数学 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 1 5 5 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 2 4 中图分类号 F 4 0 3 ． 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 3 0 5 0 0 3 8 0 2 模糊层次分析是建立在模糊数学理论之上的分析 方法， 所谓模糊 数学理论是 以经典 的集合 理论 扩展成 为模糊集合理论 为基础的， 在乘积空间中给出一对元 素之间的模糊关 系， 模糊数学理论 就建立 在这个基础 之上 。模糊理论广泛应用于信息检索、 生物、 工业等领 域 ， 本文主要介绍的是模糊理论在采矿业中的应用 ， 主 要是对采煤方法的优化和改进。在采煤方法的选择确 定过程中， 承受着来 自很多的不确定性 因素的制约 ， 然 而利用模糊数学的理论对这些不确定性 因素进行量化 建模 ， 则可使得采煤方法的选择优化更加的科学准确 。 2 ． 模糊层次分析法简介 系统设计初期， 因为受外部多种因素影响， 要综合 考虑其 中的多个主要 因素对系统 的影 响。一般 情况 下， 我们通常需采用某种定性与定量相结合 的分析方 式 ， 在满足给定 的多个衡量标准的前提条件下 ， 对多个 可能的性能指标进行综合判定 ， 以得到最佳优化方案 。 层次分析法 A n a l y t i c H i e r a r c h y P r o c e s s ，即 A H P 是 当前在多 目标多判据系统选优排序 中应用较为广泛 的一个方法 ， 它的关键在于构造各个层次的判决矩阵。 但是有一点没有考虑到的就是认为判断的模糊性。然 而利用模糊数学的新 的研究成果 ， 将层次分析法扩展 到模糊环境中就得到了模糊层次分析法 F u z z y A n a l y t ． i c H i e r a r c h y P r o c e s s ，即 F A H P 。将模糊层次分析的方 式应用到多方案优选排序 ， 理论与实践证 明模糊层次 分析法克服 了常规选优方式 的缺陷 ， 使得 问题得 到更 好的解决。 3 ．采煤方法优化的原则及影响因素 1 采煤方法优化原则 a ．生产安全 生产安全是煤 矿生产 日常工作 中最 重要的事务。应通过提高矿井的技术和管理水平来保 证矿井 的安全生产。对于 已选定 的采煤方法 ， 需保证 采煤工艺各个工序及生产环节符合 煤矿安全规程 的 有关规定。针对所选择采煤方法合理布置并维护巷 道， 妥善建立井下通风、 运输、 防火等安全系统和措施。 b ．采出率高 煤炭资源属不可再生资源， 减少煤炭 开采过程中造成的煤炭损失、 提高煤炭采出率是选择 合理采煤方法必须遵循的原则 ， 同时对延 长矿井服务 年限等也具有重要意义。 C ．因地制宜 矿井的工程地质条件对采煤方法的 选择影响很大 ， 煤层赋存条件、 煤层倾角等因素都直接 制约不同采煤方法相应开采装备 的选择和使用 ， 同时 每一种采煤方法都有 自身最适用 的地质条件 ， 在优化 采煤方法时必须充分考虑矿井地质条件的影响。 d 经济 、 技术合理 采 用更先进 的采煤技术和设 备 ， 提高煤炭开采过程 中工作面机械化 和 自动化程度 可以有效提高工作面单产和效率， 同时减少工人劳动 程度 ； 不 同的采煤方法 同时意味着不 同的生产设备和 劳动力投入 ， 合理的经济、 技术指标也是采煤方法优化 的主要原则之一。 2 采煤方法优化的影响因素 在遵循采煤方法优化原则 的条件下 ， 运用模糊层 次分析法优化采煤方法是将影响采煤方法选择 的主要 因素进行指标性量化处理后用模糊数学的方式进行优 化选择 ， 因此对各影响因素的选择和处理至关重要。 地质因素 煤层 的赋 存条件直接影响采煤方法 的 优化选择， 其中包括 煤层倾角、 煤层厚度、 煤层及围岩 岩性、 主采煤层埋深 、 节理裂隙发育情况、 断层影响、 瓦 斯涌出量及煤体 自燃倾 向等 ； 技术 因素 开采产量 、 采 出率、 巷道掘进量 、 回采巷道 支护方式及 每米支护成 本 、 采煤设备投资等 4 ． 采煤方法的优化研究 内外部的多种因素都直接或 间接的影响着采煤方 案的选择 ， 但是这些因素有一个相似的特点， 那就是都 具有极大的模糊性、 随机性和未知性 。传统意义上的 采煤方案选择往往会靠经验 ， 所 以会受到经验的制约 而不能对实际情况进行客观的反映。 模糊层次分析法则是利用数学方法将采矿过程中 的种种模糊 、 主观因素转化为数学的表现形式 ， 然后通 过数学方式将各个方案 的评价指标进行量化分析 ， 使 方案的评价与选择更加的科学、 准确、 合理和可靠。 1 影响因素 影响因素， 就是要参与对 系统评价 的内外部条件 因素 ， 主要包括前面介绍的各影响因素 ， 这些是采煤方 法的模糊评价的基本指标 ， 指标制定原则 收稿日期 2 0 1 3 0 3 2 5 作者简介 ] ％1 9 8 6 - -- ， 男， 湖北刺州人， 中国矿业大学 北京 资源与安全工程学院在读研究生， 研究方向为矿山压力及其控制。 3 8 能够从整体上映射此因素的影响程度， 并且还要 体现层次性， 层次间因素的关系应该是递进关系， 同一 个层次间的因素需相互独立 ； 层次切莫过多 ， 若指标 繁 琐 ， 甚至重复， 则不但会影 响结果 的可靠性 ， 也会 降低 其可操作性 ； 应当注意指标 的普遍性以及可获取性 ， 而 且要求指标要有较强的影响程度与鉴别力； 对于定量 指标， 要能够表征事物的特征， 但不能过多， 一面是的 主次不清 ， 对权重分配造成 困扰 ； 这些指标选取要注意 必须在一段时间内是保持稳定的， 还要注意适时地进 行动态的修改。 2 优化模型的建立 设 X 为全体 m个设计指标所构成的讨论域 为集 合中的一个参量指标， i 1 ， 2 ， 3 ⋯ ⋯m 。 A是所有的设计方案构成的方 案集 ； A j 为方案集 中的一个方案 ， 且是 X上的一个模糊子集 ， G为 X上的 模糊最优子集 ， 则计算方案 A j 相对于最优方案 G， 在海 明距离时 ， 取它的方案优属度。 对于包含 m个 目标的 n个方案构成的 目标特征值 矩阵 ， 而 目标的相对的优属度公式则按 照下列公式进 行， 对于成正比的指标 ， 则采取下列公式， 进行格式化； 对于成反 比的指标 ， 采用公式 ， 进行格式化。 最终计算 ， 然后便可 以得到 目标 相对的优属度矩 阵， 定量指标通过计算隶属度函数法来确定， 而非定量 指标则通过相对的二元 比较法来确定。 现在假设工程系统中有待进行重要性 比较的 目标 集。第 i 个 目标 ， i _[ 1 ， 2 ， ⋯m] ； m是 目标的总的数 目 。研究目标集 P中的目标， 最终根据其“ 重要性” 进行 二元对 比的定性排序。 3 根据 1 中的分析过程， 针对确定的工程项目进 行计算分析 ， 按照隶属度对方案进行选择便可。 5 ． 结束语 采用基于模糊数学理论的模糊层次分析法对采矿 中的不确定因素进行定量分析研究， 克服了传统上的 经验类比较法的局限性， 使得在采煤方法的选择时使 方案的制订选择更加的科学、 准确 ， 通过模糊层析分析 法优化优选采煤方法， 提高矿井生产安全性和煤炭采 出率， 保证煤炭资源的安全高效、 科技合理生产。 参考文献 [ 1 ] 采矿设计手册 编委会． 采矿设计手册[ M] ． 北京 中国建 筑工业出版社， 1 9 8 9 ． [ 2 ] 史太禄， 等．模糊数学在采矿方法优选中的应用[ J ] ．金属 矿山 ， 2 0 0 7 ， 1 5 ． [ 3 ] 褚洪涛． 我国金属矿山打水床的地下开采采矿方法[ J ] ．采 矿技术 ， 2 0 0 6 ， 6 ． [ 4 ] 赵焕臣． 层次分析法[ M] ．北京 科学出版社．1 9 8 6 ， 1 2 0 ． [ 5 ] 许树伯． 层析分析法原理[ M] ．天津 天津出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 6 ] 常建娥， 蒋太立． 层析分析法确定权重的研究[ J ] ． 武汉理工 大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 ． 责任编辑 焦蓬华 上接第 2 7页 提升钻具后发现电缆被切断， 通过计算得出孑 L 内残余 的电缆长度约为 5 6 8 m左右。由于电缆被钻具切断所 以要先行打捞电缆， 作业人员将外钩捞绳器 安全接 头 变径接头 钻杆的钻具一次性下至 1 1 2 5 m左右时 感觉遇阻， 随即提升钻具 ， 结果提升 1 0 m后无法继续上 提， 此时向下存在 3 m左右的窜动空间， 但却无法将钻 具从孔内提出， 经分析可能是孔内剩余电缆将钻具缠 死， 致使打捞器无法脱钩。 2 ． 经过研究后决定将钻具提升5 m使其拉死， 并将 上部钻具倒开， 剩余部分采用反丝钻具反取孔内剩余 的被缠钻具 ， 首次倒开 2 3个立根 4 1 4 ． 6 m长。经过几 次反取后， 被缠的钻具发生松动 ， 进行强提后又使其提 升 了将 近 7 0 m。然后下捞绳器将孔 内电缆捞 出， 此次 捞回8 0 m， 经计算孔内仍有将近 1 1 8 m电缆， 具体分布 在 1 1 2 5 m以下的位置处。 3 ． 因被电缆缠绕的钻具悬于 1 0 4 0 m的位 置处 ， 下 岩心管螺丝头 变径接头 钻杆 的钻具 ， 将之赶 压到 被卡深度后 ， 继续下捞绳器再次捞回 6 m长电缆。经几 次打捞后孔内被缠钻具剩余的长度较短， 故此决定改 下正扣公锥对钻具进行打捞， 但与被缠钻具碰头后锥 尖进不去。下强磁打捞器将孔内被磨碎的电缆捞出， 然后再下带有螺丝头的钻具对孔内安全接头端面进行 打印， 以此来获取接头端面的形状， 然后采用正扣公锥 将孔 内的捞绳器 和安全接头一次性 捞出， 并捞 出孔 内 残留的电缆 。 4 ． 最后下人 卡簧式打捞套筒， 并利用钻具本身 的 自 重将被卡的探管赶压至孔底， 同时使打捞套管至探 管2 ／ 3的长度后， 提钻将探管从孔内捞出。 三 从本次遏卡事故中总结出的经验教训 终孔测井之前 不得对泥浆的黏稠度随意调整 ， 并 且应尽可能使 泥浆在孔 内充分循环 ， 以此来将孔底 的 岩粉排除干净； 在进行测井前下无心钻具应顺孔冲孔， 起钻时必须严格控制好速度， 借此来减少抽取作用， 并 以泥浆灌孔， 确保孔内泥浆液面不下降； 若是测井过程 中出现仪器遇卡的情况， 应当首先用人工的方式提拉 活动电缆， 如果反复操作均无任何效果后， 再采取其他 措施， 若是不慎将电缆扯断应当先估算出电缆在孔内 的留存长度及 电缆头的深度 ； 作业现场应 当备齐专用 的打捞工具 ， 以备不时之需 ； 为了避免错误操作引起 电 缆与钻具相缠绕的情况， 应选择合理的钻具组合 ， 这样 即便发生缠绕的问题也能通过倒开钻具解决； 在处理 遇卡事故的过程中， 应当调整好泥浆 ， 避免沉淀岩粉引 起埋钻事故； 当事故发生后， 必须认真分析事故的原因 和性质， 制定出切实可行的方案， 操作人员应严格按照 方案进行， 不得 自 作主张盲目操作， 否则很有可能导致 事故进一步恶化 ， 从而增大事故处理 的难度。 参考文献 [ 1 ] 文虎成， 等． 浅谈长庆油田裸眼井测井仪器遇卡及处理方法 [ J ] ． 陕西地质， 2 0 1 0 2 ． [ 2 ] 赵鸿杰． 石油定向井电测阻卡分析与处理方案[ J ] ． 探矿工 程 一岩土钻掘工程 ， 2 0 0 8 5 ． [ 3 ] 付建华． 磨溪气 田水平井射孔枪卡钻解卡工艺技术[ J ] ． 油 气井测试 ， 2 o o 8 2 ． 责任编辑 焦蓬华 3 9