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      基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

      2016-12-06 09:55:32
      山東工業(yè)技術(shù) 2016年21期
      關(guān)鍵詞:一致性底板權(quán)重

      葉 梅

      (安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001)

      基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

      葉梅

      (安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001)

      注漿加固技術(shù)是對煤層底板距離灰?guī)r含水層較近及富水異常地段采取底板注漿加固的防治措施,以此改造煤層底板隔水層有效厚度與強度,提高其阻水能力,防止突水事故發(fā)生,確保煤層安全開采[1]。以張集礦1413A工作面為研究背景,對影響注漿加固效果的主要因素進(jìn)行分析和建模,通過對上段注漿進(jìn)行模型訓(xùn)練,在進(jìn)行對下段注漿效果評價,結(jié)果安全性較好。

      底板砂巖;注漿加固;AHP綜合評價

      0 引言

      張集煤礦A組煤煤層厚、煤質(zhì)優(yōu)良,地質(zhì)儲量5.14億噸、可采儲量2.35億噸。但該煤層開采受到底板灰?guī)r水的威脅,其石炭系C3-I組含水層是該煤層開采直接充水含水層。為確保A組煤首采面安全生產(chǎn),需對1413A底板灰?guī)r含水層富水區(qū)及含、導(dǎo)水通道進(jìn)行探查與治理。

      1 研究區(qū)概況

      張集礦位于安徽省淮南市鳳臺縣城西約20km處,本區(qū)地處淮河沖積平原,地形平坦,總體趨勢為西北高、東南低。區(qū)內(nèi)主要河流為位于東北部的西淝河,其流向自西北至東南,在魯臺孜入淮,是地表水匯集排泄的主渠道。本區(qū)所在地屬季風(fēng)暖溫帶半濕潤氣候,四季分明,冬冷夏熱。

      2 注漿效果多因素AHP綜合評價

      2.1 建立分析結(jié)構(gòu)模型

      結(jié)合注漿加固效果評價,影響注漿加固效果的主要因素歸納為7個方面:水量、水溫、注漿后壓力、吸水率、物探成果、P-Q曲線分析和鉆孔取芯檢查?;趯Ρ敬巫{加固效果評價,把7個主要方面歸納為定量分析判斷和鉆孔驗證判斷兩個分目標(biāo)。兩個分目標(biāo)層又分別受個下一層次因素的影響[2],具體見圖1。

      圖1 注漿加固效果的遞階層次結(jié)構(gòu)模型

      2.2 判斷矩陣的構(gòu)造與計算

      判斷矩陣針對上一層某因素,表示本層次元素兩兩之間相對重要性的比較。運用MATLAB中eig函數(shù)計算判斷矩陣特征值并選擇最大特征值λmax。對構(gòu)造矩陣(C.R.)進(jìn)行一致性檢驗。當(dāng)C.R.<0.10,認(rèn)為判斷矩陣具有較好的一致性,當(dāng)需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整與修正。CI的值的大小,說明矩陣偏離一致性的程度的大小,值越大偏離程度越大,RI是平均隨機一致性指標(biāo),其取值如表1所示。

      在對現(xiàn)場人員、專家的調(diào)查的基礎(chǔ)上,對9位專家的打分進(jìn)行統(tǒng)計、計算,利用其平均值構(gòu)造判斷矩陣(表2~4)。

      2.3 各因素權(quán)重確定

      根據(jù)構(gòu)造判斷矩陣,當(dāng)矩陣通過一致性檢驗,需計算因素優(yōu)先級權(quán)重計算[3,4]。通過計算,構(gòu)造的3個判斷矩陣C.R.分別為0、0.0566與0,均通過一致性檢驗,各因素優(yōu)先級權(quán)重計算結(jié)果詳見表2~表4。

      把以上分析與計算結(jié)果匯總,最終確定注漿加固評價指標(biāo)優(yōu)先級

      表1 不同階數(shù)矩陣的隨機一致性指標(biāo)R.I.取值表

      表2 A-Bi判斷矩陣及其計算結(jié)果(i=1,2)

      表3 B1-Ci判斷矩陣及其計算結(jié)果(i=1,2,3,4,5)

      表4 B2-Ci判斷矩陣及其計算結(jié)果(i=6,7)

      權(quán)重,如表5所示。

      表5 危險性等級評價級指標(biāo)優(yōu)先級權(quán)重

      對層次總排序也需作一致性檢驗,由最高層到最低層逐層進(jìn)行。模型中次目標(biāo)層共有B1、B22個因素,對總目標(biāo)的權(quán)重分別為0.889、0.113,下一層次C層(準(zhǔn)側(cè)層)共有的7個因素。層次C層的7個因素對上層Bj的層次單排序ijc數(shù)值如表6所示。C層的7個因素經(jīng)過層次總排序得到各因素的權(quán)重結(jié)果如表7所示。層次總排序的一致性比率為C.R小于1。

      2.4 建立評價等級集

      表6 準(zhǔn)則層各因素對次目標(biāo)層層次單排序Cij數(shù)值表

      表7 準(zhǔn)則層各影響因素權(quán)重

      根據(jù)我國煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀及工作面日常管理要求,將注漿加固效果等級水平劃分為四個等級:Ⅰ安全性好;Ⅱ安全性較好;Ⅲ安全性差;Ⅳ安全性極差。并作了定性和定量的描述,具體見表8。

      表8 注漿效果等級水平劃分

      設(shè)評價集為V,評語為Un,把危險性等級設(shè)計為“四等級制”,即:V={U1,U2,…,Un}={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ}

      2.5 模型訓(xùn)練

      通過以上的分析,人為將安全性等級按照評價數(shù)值V進(jìn)行平均分配,利用模型對上段和下段注漿進(jìn)行計算與評價,一方面檢驗以上因素集和權(quán)重的合理性,另一方面使得數(shù)值V得到訓(xùn)練,更加準(zhǔn)確的表達(dá)安全等級。

      實現(xiàn)對工作面的計算與評價主要包括以下步驟:

      (1)分析注漿加固評價因素,將可以量化描述的因素定量化;(2)利用分析結(jié)果,以各個因素對突水要求的滿足程度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分,一般數(shù)值0~1之間,數(shù)值越大表示越接近突水條件;(3)利用各個影響因素的賦值與權(quán)重的大小,對注漿加固評價數(shù)值V進(jìn)行計算;其計算公式如下:

      式中:iZ為各因素?zé)o量綱化評價值;iC為各因素的權(quán)重值。對照評價等級集,對注漿加固效果進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的評價。

      3  模型分析與結(jié)論

      通過對工作面各評價因素的分析,對注漿上段和下段評價因素指標(biāo)進(jìn)行取值,具體如表9、表10所示。

      利用表9中數(shù)據(jù),對注漿上段影響因素評價數(shù)值V進(jìn)行計算,確定其V值等于0.34834,安全性較好,與實際情況相符。對模型不做調(diào)整。利用表10中數(shù)據(jù),對注漿下段影響因素評價數(shù)值V進(jìn)行計算,確定其V值等于0.43189,安全性較好。

      表9 上段注漿影響因素評價表

      表10 下段注漿影響因素評價表

      [1]馮志強.破碎煤巖體化學(xué)注漿加固機理分析及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008(10).

      [2]郭金玉,張忠彬,孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008,18(05):148-153.

      [3]蘭繼斌,徐揚,霍良安等.模糊層次分析法權(quán)重研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2006,26(09):107-112.

      [4]鄧雪,李家銘,曾浩健等.層次分析法權(quán)重計算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識,2012,42(07):93-100.

      10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.237

      葉梅(1992-),女,安徽宿州人,碩士研究生,研究方向:水文地質(zhì)與工程地質(zhì)。

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