灰色關(guān)聯(lián)分析在礦山防排水安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陶正委

(安徽大昌礦業(yè)集團(tuán)有限公司)

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灰色關(guān)聯(lián)分析在礦山防排水安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陶正委

(安徽大昌礦業(yè)集團(tuán)有限公司)

為提高吳集鐵礦防排水系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的可靠性，采用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)影響排水系統(tǒng)安全的多種因素進(jìn)行綜合分析，通過(guò)計(jì)算各因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，確定該礦山防排水系統(tǒng)的安全等級(jí)，并對(duì)灰色關(guān)聯(lián)理論分析法在礦山安全評(píng)價(jià)中的實(shí)用性進(jìn)行了檢驗(yàn)。

灰色關(guān)聯(lián)理論 關(guān)聯(lián)系數(shù) 安全評(píng)價(jià)

大氣降雨直接影響地下排水,尤其是處在豐雨地區(qū)的礦山,塌陷坑匯水量達(dá)數(shù)十萬(wàn)立方米,洪峰迅猛,短時(shí)洪峰量特大,給地下開(kāi)采帶來(lái)威脅和危害。2001年7月，廣西南丹拉甲坡礦發(fā)生老窿水透水，造成81人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失8 000余萬(wàn)元；2011年7月山東濰坊正東礦采空區(qū)上部露天坑底垮塌，大量積水和泥沙迅速瀉入井下，造成23人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失2 864萬(wàn)元。防洪排水成為地下礦山安全生產(chǎn)的一個(gè)重大課題。

礦山防排水系統(tǒng)主要包括井下防水、排水設(shè)備、排水管路、水泵房的布置和安全管理機(jī)制等幾個(gè)方面。其中，最基本的因素包括：水泵臺(tái)數(shù)、水泵排水能力、排水管材及其布局、水泵維修情況、人員素質(zhì)和安全檢查等。本文主要采用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)影響礦山防排水安全的各個(gè)因素進(jìn)行定量分析。

1 灰色關(guān)聯(lián)理論

灰色關(guān)聯(lián)理論指對(duì)一個(gè)系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢(shì)的定量描述和比較的方法，其基本思想是將評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始觀測(cè)數(shù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度以及根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)待評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序。

灰色關(guān)聯(lián)度分析實(shí)質(zhì)上是通過(guò)比較數(shù)據(jù)序列的曲線(xiàn)幾何形狀接近程度來(lái)判斷其聯(lián)系的緊密程度，一般來(lái)說(shuō)，幾何形狀越接近，變化趨勢(shì)也就越接近，關(guān)聯(lián)度就愈大[1]。通過(guò)定量描述和比較系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢(shì)，尋找系統(tǒng)中各個(gè)因素的關(guān)聯(lián)性，并確定影響系統(tǒng)發(fā)展方向的主要因素，從而有利于控制和引導(dǎo)系統(tǒng)向安全有效的方向發(fā)展?；疑P(guān)聯(lián)度分析計(jì)算一般包括原始數(shù)據(jù)變換、計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)、計(jì)算關(guān)聯(lián)度、排關(guān)聯(lián)序等步驟。

對(duì)于礦山防排水系統(tǒng)而言，受到涌水源、水泵工效、人員素質(zhì)、檢查維修等不確定性因素的影響，具有明顯的灰色性。井下防排水系統(tǒng)的安全可靠性也是多種因素綜合作用的結(jié)果，其影響因素之間具有復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系，是一個(gè)典型的灰色系統(tǒng)。

首先假設(shè)礦井安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)共分為m級(jí)，評(píng)價(jià)因子共n個(gè)，則各級(jí)礦井標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)序列為[2]：

Ai(k)={Ai(1),Ai(2),…，Ai(n)}i=1，2，3，…，m，

(1)

設(shè)待評(píng)礦井的參數(shù)序列為：

A0(k)={A0(1),A0(2),A0(3),…，A0(n)} ，

(2)

式中，Ai(k)為i級(jí)礦井標(biāo)準(zhǔn)中第k項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的取值；A0(k)為待評(píng)礦井中第k項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值。

評(píng)價(jià)過(guò)程中，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱不同，數(shù)據(jù)差異很大，無(wú)法進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算，需要對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，設(shè)Ai(k)為歸一化處理后數(shù)據(jù)序列，則：

(3)

求出關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(4)

得出關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

(5)

求出關(guān)聯(lián)度及最大關(guān)聯(lián)度：

(6)

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 基本情況

以吳集鐵礦排水系統(tǒng)為例進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。該礦主要含水層為中下更新統(tǒng)砂、泥灰?guī)r，基本賦存于 -100 m 標(biāo)高以上，設(shè)計(jì)最高開(kāi)采標(biāo)高為-130 m 水平，-130 m水平以上巖體作為保護(hù)第四系含水層和風(fēng)化帶的護(hù)頂?shù)V柱。礦山分南、北區(qū)開(kāi)采，在南區(qū)-250 m水平和北區(qū)-310 m水平各建一套排水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)安裝3臺(tái)D155-67×6型離心泵，單臺(tái)流量155 m3/h，敷設(shè)2條φ159 mm×9 mm無(wú)縫鋼管排水管。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)礦山防排水系統(tǒng)的基本情況，將井下防水、水泵臺(tái)數(shù)、排出單位水量所需時(shí)間、設(shè)備完好率、管道合格率、人員素質(zhì)和檢查次數(shù)作為灰色關(guān)聯(lián)分析的7個(gè)評(píng)價(jià)因子，并劃分4級(jí)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別為安全、較安全、一般、差。將評(píng)價(jià)因子編輯成灰色關(guān)聯(lián)分析原始數(shù)據(jù)表，見(jiàn)表1。

表1 防排水系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)

由于防排水系統(tǒng)各關(guān)聯(lián)因子原始數(shù)據(jù)的物理意義不同，數(shù)據(jù)量綱不同，數(shù)據(jù)大小的量級(jí)相差也較大。為便于分析，保證各關(guān)聯(lián)因子具有等效性和同序性，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化和歸一化處理。將各評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)代入式(3)進(jìn)行歸一化處理，見(jiàn)表2。

表2 原始數(shù)據(jù)的歸一化處理

求出參評(píng)數(shù)據(jù)序列與第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)第k個(gè)指標(biāo)差的絕對(duì)值，即|X0(k)-Xi(k)|，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 絕對(duì)值|X0(k)-Xi(k)|評(píng)價(jià)表

取ρ=1，根據(jù)式(4)求得關(guān)聯(lián)系數(shù)，見(jiàn)表4。

表4 關(guān)聯(lián)系數(shù)評(píng)價(jià)表

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，代入式(5)列出關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，求出關(guān)聯(lián)度：

可得出最大關(guān)聯(lián)度Rmax=r2=0.844，即r2的關(guān)聯(lián)度最大，所以該鐵礦的防排水系統(tǒng)評(píng)價(jià)等級(jí)屬于Ⅱ級(jí)，即較安全級(jí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)吳集鐵礦防排水系統(tǒng)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分析，分析結(jié)果與礦山目前的防排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀相吻合。通過(guò)分析可以看出：①將灰色關(guān)聯(lián)理論引入受多層次、多因素影響的礦山防排水系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是可行的；②與傳統(tǒng)的防排水安全性評(píng)價(jià)相比，灰色關(guān)聯(lián)分析融入了更多的評(píng)價(jià)因素，包含了人員和管理等諸多不確定性因素，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具合理性；③通過(guò)數(shù)據(jù)處理，確定防排水系統(tǒng)各影響因素及其影響程度，利用多因素疊加定量分析防排水系統(tǒng)的安全可靠性，減少了人為主觀因素的影響，提高分析與評(píng)價(jià)的可靠性。

灰色關(guān)聯(lián)理論在一定程度上彌補(bǔ)了定性研究方法的不足，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀、合理,對(duì)礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)具有重要的實(shí)際意義。

[1] 侯曉亮,譚曉慧.灰色關(guān)聯(lián)理論在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].路基工程，2011(3):16-18.

[2] 陳曉坤,歐陽(yáng)博文,馬 任，等.灰色關(guān)聯(lián)度在煤礦通風(fēng)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006(3):69-71.

Application of Grey Correlation Analysis on Safety Evaluation of Mine Waterproof and Drainage

Tao Zhengwei

(Anhui Dachang Mining Group Co., Ltd.)

In order to improve the reliability of safety evaluation of mine waterproof and drainage system,the grey correlation theory is adopted to analyze the influencing factors of safety of the drainage system of Wuji iron mine comprehensively.The safety grade of the mine drainage system is determined and the practicablity of grey correlation theory in the mine safety evaluation is tested by calculating the correlation coefficients and correlation factors of all influence factors.

Grey correlation theory, Correlation coefficient, Safety evaluation

2014-07-07)

陶正委(1985—)，男，安環(huán)部部長(zhǎng)，助理工程師，237464 安徽省六安市霍邱縣高塘鎮(zhèn)。