深部矿岩岩爆倾向性的模糊识别.pdf

第 2 1卷第 2期 2 0 01年4 月 矿 业 研 究 与 开 发 M I l NG R＆D vd 2 1 No 2 Ap r 2 0 0 1 文章编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 1 『 2 0 0 0 80 3 深部矿岩岩爆倾 向性 的模糊识别 马永政 ， 李庶林， 周爱民 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 深部矿岩岩爆 问题是田扰采矿过程的主要问题之一， 预测岩爆倾 向需要 综合分析 多个影响 因素 本文视岩爆倾向性为一模糊集论域， 采用模糊数学中模糊识别间接法， 根据具体矿岩模糊子 集与岩爆类别子集贴近关系， 对其进行模糊归类， 这 比单纯采用模糊综合评判专家评分更具有客观 性和科 学性。 关键词 岩爆倾向性 ； 模糊识别间接法； 贴近度 中图分类号 T D 3 2 4 ； O1 5 9 文献标识码 A l *h l Z Z y I d e n t i f i c a t i o n of Ro c k Bu r s t Pr o ne n e s s i n De e p Le v e l l y 0 l z h e n g，LI S h M l i n ZHOU Ai rai n C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ， C b a n g s h a ， Hu n a n 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a A b s t r a c t R o c k b u r s t i n d e e p l e v e l i s o n e o f t h e m a j o r p r o b l e m s t r o u b l i n g t h e mi n i n g p r oce s s ．P r e d i c t i o n o f r o c k b u rst p r o n e n e s s r e qu i r e s c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s。 f mu l t i p l e{ a c t o r s ． I n t h i s p a p e r ．t h e p r o n e n e s s o f r o c k b u r s t i s c o n s i d e r e d a s a d o ma i n o f f u z z y s e t ．Us i n g t h e i n d i r e c t f u z z y i d e n t i fic a t i o n me t h o d，a me t h o d i n{ U z z y ma t h e ma t i c s ，t h e p ron e n e s s o f r o c k bu r s t i s s t u d i e d t h r o u g h f u z z y da s s i fi c a t io n ．a s t h e d e g r e e o f t h e r oc k s u z z y s u b s e t a p p r o p i n q u i t y to t h e s u b s e t o f t y p es o f r o c k bu rst I t p r o v e d t o b e mo r e o b j e c t i v e a n d s c i e n t i fi c c o mp a r e d wi t h p u r e l y s y n t h e t i c f u zzy j u d g e me n t a c c o r d i n g t o e x p e A’ S e v a l u a t i o n Ke y W o r d s Roc k b u r s t p r o n e n ess ；f n d i r e c t u z z y i d e n t i fi c a t i o n me t h o d ；Ap p rop i n q u i t y d e g r e e 1 前 言 岩爆是有色金属矿山地下深部开采 中经常遇到 的工程岩体力学问题， 其本身具有突发性 ， 对地下工 程有巨大的破坏性 。因此， 预测矿岩岩爆倾 向性 ， 对 于预防岩爆发生具有重大的工程意义。 影响岩爆 的因素很多， 一般分为内部 因素和外 部因素， 前者从岩性的角度 ， 考虑岩石本身的抗压强 度、 硬脆性等特点 ， 后者偏 向于工程实际情况 ． 如矿 岩地质条件、 开采顺序 、 采场布置、 采空 区处理等 。 在作岩爆分析时 ， 需要综合考虑各个影响因素 ， 以预 测岩爆的发生情况。由于具体条件的差 异， 各因素 影响的权重不一样， 因此采 用传统数学 的定量描述 十分困难。 在岩爆预测研究方面 ， 国内外学者为合理处理 多因素评价影响不一致的问题 ， 采用模糊数学工具 、 神经网络方法等进行评价。在模糊 数学的应 用方 面， 一般采用模糊综合评判法 ， 即先对岩爆倾向性程 度进行分类 ， 并根据智能专家系统对各主控因素进 行权重分配 ， 然后计算具体岩石岩爆特征 因素的加 权平均值， 根据评分的高低， 决定其 岩爆程度的分 类 国内学者谭以安曾采用该法预测地下硐室岩爆 倾向性， 根据工程实际岩爆分析确定各 因素权重分 配， 判定各开挖段的岩爆倾向性 ． 其正确性被工程实 践所证明。但是上述方法在合理进行权重分配方面 实际操作性差 ， 过分依赖主观因素， 容易影响评价结 果 。 本文考虑到一般代表性 ， 主要从岩性的角度出 收稿 日期 2 0 0 01 0 1 8 作者简介 马永吐 1 9 7 5一 ． ， }胡南常德 ． 硕士研究生 ， 主要从事岩石力学研究 维普资讯 第 2 期 马永政等深部矿岩岩爆倾 向性的模糊识别 9 发 ， 借助模糊数学 中的模糊识 别问接法合理评价深 部矿岩的岩爆倾 向性。所谓模 糊识别 ， 是指根据待 分类对象总体的有关特征建立一标准模型库， 库中 的标准模型都是模 糊的， 然后对具体的待识别对象 相应特征建立模糊子集 ， 按照某种算法确定该模糊 子集与标准模糊模 型的贴近关系 ， 最后采用就近原 则 ． 可明确识别该对象。 2 岩爆倾向性模糊识别计算过程 首先建立标准的分类库 ， 即根据选取 的指标建 立正态型模糊子集 ， 并 建立具体岩石岩爆倾 向性子 集， 采用格贴近度算法计算该子集与标准正态型子 集的贴近关系， 再根据工程实际岩爆分析的需要 ， 对 各特征值影响程度进行修正 ， 得到修正贴近度， 最后 按就近原则进行判断。 2 1 岩爆倾向性论域 及相应模糊子集 根据模糊数学原理， 任何模糊概念可视 为一个 模糊集合。岩爆倾 向性是一个模糊概念 ， 可视为一 模糊集论域 ， 根据岩爆倾 向性程度将其分为 4类模 糊子集 无岩爆AI ； 弱岩爆A2 ； 中等岩爆A3 ； 强烈岩 ～ ～ ～ 爆A 。 2 ． 2 岩爆倾向性的特征指标 岩爆倾 向性的特征指标有如下 4 种 1 岩石脆性系数 “ t ； 2 岩石脆性指标 “ 2 ； 3 应变能储存指数 “ ； 4 DT g 岩石岩爆动态破坏时间 值 “ 。 上述特征指标 为各种岩爆测值， 具体计算式和 含义 如下 。 “ I R ／ t 1 式中R 岩石单轴抗压强度； R 岩石单轴抗拉强度 U 2 U／Ut 式中u岩石峰值强度前的总变形 u 永久变形。 “3 张 ／ 仇 式中体 滞留的弹性应变能； ％耗损的应变能 “ I ， “ 2 ， “ 3 ， U 4 5 所选的 4个指标与岩爆倾 向性分类集合的关系 见表 1 。 表 1 各指标 与岩 爆倾 向性分类集 台关 系 2 3 建立岩爆倾向性类g il A 的隶属函数 设第 J个指标 U j 1 ， 2 ， 3， 4 ， 对于岩爆倾 向 性类别A i 1 ， 2 ， 3 ， 4 的隶属函数蒲 足正态分布 符台一般的客观规律 A i 。 p 卜 ] 6 一 0 武中 。 是表 1中岩爆倾 向性类别A 的第 个特征 指标 的均值 ， 。 7 a 是表 i中岩爆倾 向性类 I J] A i 1 ， 2 ， 3， 4 的第 J 个特征指标 U1 的标准差 ， 即 8 根据表 1中的特征指标数据计算 a ij 和 的值， 并列于表 2 。 表 2 岩爆倾向性类别 的均值与标准差 2 2 ． 4 构造具体的深部矿岩模糊子集B的隶属 函数 对于一具体的矿岩 ， 需要分别测定 4个特征指 标数据 ， 每个指标对该矿岩模糊 子集B的隶属函数 3 视为一正态分布函数 。 量 ⋯ ]㈤ “ 4 ￡ 4 为 的， 个测值的均值 ，即 舯 N 糯 N,N 特征向量 q ㈤ 因此对每 一 具体的矿 倾向性的特征向量 ” ” 为 为 的 n个测值的标准差 ， 即 维普资讯 1 0 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 1卷 √ 耋 3 应 变 能 储 存 指 数 。 经 计 算 得 。 3 6 4 ； 3 1 1 I 3 ．9 5 。 2 ． 5 计算模糊子集 B对Ai 的贴近度 由于所讨论 的岩爆倾 向性论域具有连续性， 这 里采用格贴近度算法计算两子集的贴近度。 量 ， 里 垒 u p A 1 一 B 0 A U 里 垒 。 。 V U j A 里 0生 V 垒 则 量 ， U J p [ 一 ] 1 2 式中a j 、 为B集 中第 j 个特征值的正态函数特 征值 ， 为A 集第 j 个特征值的正态函数特征值。 考虑副具体的因素对深部矿岩岩爆影响的程度 不一 ， 采用一组权值 k 1 ， k 2 ， k 3 ， k 4 进行修正 ， k ， 表 示第i 个特征指标 U 对巷道围岩分类影响的程度， 权值 k ， 的确定采用专家经验评分的方式。 根据如下公式可得具体矿岩 B 与岩爆倾 向性 类别A， 的加权贴近度。 里 ， 善[ ‘ 昱 u j ， ] i i I ～ ～ ， ～ ～ 1 3 最后采用就近原则 ， 确定岩爆的类别， 即 B， A n 1 a x B， A ， i 1 ， 2 ， 3 ， 4 即 B与A 最贴近。 3 凡 口铅锌矿深部矿岩岩爆倾向性模 糊识别 凡 口铅锌矿深部开采的主矿体处在 一5 0 0 一 一 6 5 0 r l l 之间， 最大开采深度 为 9 0 0 m， 取样矿岩埋深 6 8 2 r l l ， 其中主要为铅锌矿， 另有灰岩、 黄铁矿等 ， 各 岩爆特征值测值 3次 ， 其正态分布函数特征值如下。 1 脆性 系数。该 组 特征 值 的 4个测值 是 1 4 3 4 ， 2 8 ． 1 8 ， 1 7 ． 9 5 ， 2 8 4 6 ， 根据 1 o 式和 1 1 式计 算得 a 1 2 2 ． 2 3 ； 8 1 7 1 8 。 2 脆性指数。步骤 同上， 计算得 2 8 ． 1 9 ； 如 2． 4 7 。 4 D T值 4 0 2 1 ； 4 0 ． 3 1 o 该矿岩子集与岩爆倾 向性分 类子集贴近关系的 计算结果见表 3 。 表 3 凡 口矿深部矿岩岩 爆倾 向性模 糊识 别结果 根据就近原则 ， 可知凡 口矿深部矿岩 铅锌矿为 主 岩爆倾 向性隶属于第 4类， 即强烈岩爆倾 向性 ， 同时其 中等岩爆倾 向性的贴近度也较 高， 应视其岩 爆倾向性界于中等和强烈之间。长沙矿山研究院岩 力所在实验室进行 的岩爆 实验的结果也证明 ， 凡 口 铅锌矿深部矿岩具有中等 以上岩爆倾向性。采矿过 程中岩爆发生的可能性还 与工程因素密切相关 ， 需 要作进一步研究。 4 结语 1 矿岩岩爆倾向性 预测采用模 糊识 别方法 ， 科学地评价了岩爆倾向性特征指标分类集台的隶属 情况 ， 同时又评价了具体矿岩岩爆倾向性特征子集 ， 据两者的贴近关系和就近原则 ， 评价矿 岩的岩爆倾 向性 ； 2 正态分布隶属函数符台一般的统计规律， 从而使评价具有台理性。 参 考文献 c 1 ] 方连诚， 等 模糊数学与模糊优化c M] ． 北京 科学出版社， 1 9 9 7 [ 2 ] 张跃， 等 模糊数学方法及其应用[ M]北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 3 ] 赵本钩． 冲击地压及其防治[ M] ． 北京 煤炭工业 出版杜 ． 1 9 9 4． [ 4 ] 谭以安 模糊数学综合评判在地下硐室岩爆预剽中的应用 [ c ] ． 第二次全国岩石力学与工程学术台议论文集 北京 知 识出版社 ， 1 9 8 9 5 ] 李庶林， 等． 探井硬岩岩攥倾向性的多指标 白适应模式判别 [ J ] ． 矿业研究与开发， 1 9 9 8 6 维普资讯