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矿山爆破效果的可拓学评价
2015-11-13
针对目前矿山爆破效果评价的特点,引进可拓理论对黄麦岭磷矿某台阶爆破效果进行评 价。选取爆破 质量、爆破安全和爆破技术经济效益3 个方面作为一级评价指标,松散系数、大块率、根底率、 前冲情况、后冲情况、爆 破震动、飞石距离、炸药单耗和每米崩矿量等9 个方面作为二级评价指标。计算结果表明:该次 矿山爆破爆破质量处 于良的范围内,爆破安全、爆破经济效益和最终的爆破效果都处于“优”的范围内。最后将此次 爆破效果评价结果与 实际情况相比较,得到其与实际情况相一致。因此,将可拓学理论运用到矿山爆破效果评价中是可 行的,具有工程应 用价值。
Series No. 473 ꢀ Novemberꢀ 2015 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山 METAL MINE 总第 473期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 11 期 矿山爆破效果的可拓学评价 1 1 2 张建华 ꢀ 李泽安 ꢀ 周乐静怡 ( 1. 武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北 武汉 430070;2. 武汉大学数学与统计学院,湖北 武汉 430072) 摘ꢀ 要ꢀ 针对目前矿山爆破效果评价的特点,引进可拓理论对黄麦岭磷矿某台阶爆破效果进行评价。 选取爆破 质量、爆破安全和爆破技术经济效益 3 个方面作为一级评价指标,松散系数、大块率、根底率、前冲情况、后冲情况、爆 破震动、飞石距离、炸药单耗和每米崩矿量等 9 个方面作为二级评价指标。 计算结果表明:该次矿山爆破爆破质量处 于良的范围内,爆破安全、爆破经济效益和最终的爆破效果都处于“优”的范围内。 最后将此次爆破效果评价结果与 实际情况相比较,得到其与实际情况相一致。 因此,将可拓学理论运用到矿山爆破效果评价中是可行的,具有工程应 用价值。 关键词ꢀ 可拓学理论ꢀ 矿山爆破ꢀ 爆破效果ꢀ 评价体系 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ TD235. 5ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2015)-11-033-04 Extension Theoretical Evaluation of Mine Blasting Effect 1 1 2 Zhang Jianhua ꢀ Li Zean ꢀ Zhou Lejingyi ( 1. School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China; 2. Mathematics and Statistical Institute,Wuhan University,Wuhan 430072,China) Abstractꢀ Aiming at the characteristics of mine blasting effect evaluation,the extension theory is introduced to evaluate the bench blasting effect in Huangmailing Phosphate Mine. Three parameters of blasting quality,safety and technical and eco- nomic benefits are selected as first-rank evaluation indexes. Nine parameters of loose coefficient,boulder yield,toe rate,fore- ward,backward,blasting vibration,fly rock distance,explosives specific consumption and ore caving amount per meter is con- sidered as second-rank evaluation indexes. The calculation results show that:the blasting quality is within the range of good, and blasting safety,economic efficiency and ultimately blasting effect all are within the range of excellent. Finally,comparison of the blasting evaluation results with the actual situation shows that it is consistent with the actual situation. Therefore,the ap- plication of extension theory to evaluating mine blasting effect is feasible,and has engineering application value. Keywordsꢀ Extension theory,Mine blasting,Blasting effect,Evaluation system ꢀ ꢀ 矿山爆破是矿山生产过程中不可或缺的一个环 取得了很好的效果。 这都说明模糊评价可以很好地评 价出矿山爆破效果。 但该方法存在重大缺陷,其隶属 度函数不能取极值,这也就说明模糊评价存在掩盖极 节,爆破效果的好坏将直接影响到矿山后续工艺、工 [ 1] 程质量、经济效益和安全等 。 因此,通过一种科学 的评价方法来评价爆破效果,从而选定最优的爆破方 案是每一个矿山生产企业或矿山爆破施工管理者的 基本义务。 [ 5-6] 值的问题 。 为了解决这一问题而又可以继承模糊 评价的优点,本研究尝试将可拓学应用到矿山爆破效 果评价中,希望提出一种评价爆破效果的新方法。 评价矿山爆破效果的方法有多种,如灰色关联分 1ꢀ 爆破效果评价体系的构建 根据爆破指标的性质和特点,把它们划分为爆破 [ 2] 析、RsꢁTopsis、模糊评价和神经网络等 ,而其中模糊 [ 7] 评价是应用最广和研究最多的方法。 如蒲传金、肖正 质量、爆破安全和爆破技术经济效益 3 个方面 ,又 可细分为松散系数、大块率、根底率、前冲情况、后冲 情况、爆破震动、飞石距离、炸药单耗和每米崩矿量等 9 个方面。 因此,根据以上层次划分结果可以构建出 [ 3] 学等 将层次分析法与模糊数学结合对某露天矿爆破 效果进行模糊评价,其结果与实际相一致;秦虎、汪旭 [ 4] 光等 运用模糊评价法评价某露天矿台阶爆破效果, 收稿日期ꢀ 2015-09-10 作者简介ꢀ 张建华(1963—),男,教授,博士,博士研究生导师。 · 33· 总第 473 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 11 期 爆破效果层次结构模型,划分结果见表 1。 表 1ꢀ 某矿山爆破效果层次结构模型 对评价对象的等级进行划分,综合专家意见和实际情 况给出各等级的取值范围,再将评价对象的实际数据 代入各等级中进行评价,评价结果根据实际数据与各 Table 1ꢀ Blasting effect hierarchical structural model 一级评价指标 二级评价指标 松散系数 大块率 等级集合的综合关联度大小确定,综合关联度越大, [8] 表明该评价对象隶属于该等级的可能性越高 . 1ꢀ 爆破效果评价标准的建立 。 2 爆破质量 根底率 前冲情况 后冲情况 爆破震动 飞石距离 炸药单耗 每米崩矿量 由于可拓综合评价法是根据关联度、关联函数、 [6] 经典域、节域等内容进行评价的 ,而这些内容计算 结果正确与否都跟指标等级划分标准的准确性有很 大关系,因此能否构建合理且正确的评价标准,将直 接影响到评价结果的可信度和准确性。 爆破效果评 价等级分为“优”、“良”、“一般” 和“差”4 个等级,其 中二级评价指标等级取值范围见表 2。 爆破安全 爆破技术经济效益 2 ꢀ 爆破效果的可拓综合评价模型 可拓综合评价的基本思想:根据所掌握的资料, 表 2ꢀ 评价等级指标 Table 2ꢀ Evaluation index level 大块率 根底率 / % 前ꢀ 冲 (b/ B) 后ꢀ 冲 / m 爆破震动 分ꢀ 值 飞石距离 / m 炸药单耗 / (kg/ m ) 每米崩矿量 / (m / m) 二级评价指标 松散系数 3 3 / % U1(优) U2(良) 2. 0 ~ 1. 5 1. 5 ~ 1. 3 1. 3 ~ 1. 2 1. 2 ~ 1. 0 <0. 10 0. 10 ~ 0. 45 0. 45 ~ 1. 00 >1. 00 0 ~ 0. 1 0. 1 ~ 0. 3 0. 3 ~ 0. 5 >0. 5 <3. 5 <0. 2 0. 2 ~ 0. 5 0. 5 ~ 1. 0 >1. 0 10 ~ 9 9 ~ 8 8 ~ 6 6 ~ 0 0 ~ 50 50 ~ 100 100 ~ 150 >150 <0. 35 >18. 00 18. 00 ~ 15. 00 15. 00 ~ 12. 86 <12. 86 3. 5 ~ 4. 5 4. 5 ~ 6. 0 6. 0 ~ 10. 0 0. 35 ~ 0. 50 0. 50 ~ 0. 65 0. 65 ~ 2. 00 U3(一般) U4(差) ꢀ ꢀ 注:表中 b 为爆堆宽度,B 为台阶面边缘到最后排炮孔宽度,具体取值范围可根据实际情况适当改变。 2 . 2ꢀ 爆破效果可拓综合评价建模过程 1)确定爆破效果等级集合 U 和评价指标集合 éPi ci1 vi1 ù ( ci2 vi2 , ︙ Ri = (3) C。 爆破效果等级集合为 U = {U1 ,U2 ,U3 ,U4 } = {优, 良,一般,差};一级指标评价指标集合为 C = {C1 ,C2 , C3 } = {爆破质量,爆破安全,爆破技术经济效益}。 ︙ cip vip û ë 式中,Pi 为待评对象;vi p 为 Pi 关于 ci p 的量值,即待 评物元的实际数据。 ( 2) 确定物元经典域 Rj 和节域 RU 。 令 éUj ci1 〈aj1 ,bj1 〉 ù (4)确定各级评价指标权重。 由于各个指标对 爆破效果所起的作用并不是完全相同的,因此为了体 现各个指标重要程度的差异性,在确定评价体系后, 应对各指标的权重进行赋值。 权重的确定可以采用 AHP 法、熵权法、专家评分法等。 采用层次分析法计 ci2 〈aj2 ,bj2 〉 Rj = [Uj ,Ci ,Vj ] = , (1) ︙ ︙ cin 〈ajn ,bjn 〉 û ë 式中,Vj 为评价指标集 Ci 关于爆破效果等级 Uj 所规 定的量值范围,称之为经典域,j= 1,2,3,4;ci n 为评价 指标集 Ci 下所属的二级评价指标,i = 1,2,3;ajn ,bjn 分别表示二级指标 cin 量值范围的上界和下界。 令 算指标权重,具体计算过程从略,计算结果见表 3。 表 3ꢀ 矿山爆破效果评价指标权重 Table 3ꢀ Evaluation index weight 一级评价指标 权ꢀ 重 二级评价指标 权ꢀ 重 松散系数 大块率 0. 124 0. 304 0. 296 0. 096 0. 180 0. 667 0. 333 0. 500 0. 500 éU ci1 〈aU1 ,bU1 〉 ù 爆破质量 0. 333 根底率 ci2 〈aU2 ,bU2 〉 RU = [U,Ci ,VU ] = , (2) 前冲情况 后冲情况 爆破震动 飞石距离 炸药单耗 每米崩矿量 ︙ ︙ cin 〈aUn ,bUn 〉 û ë 爆破安全 0. 333 0. 334 式中,VU 表示评价指标集 C 关于全部等级 U 所规定 的量值范围,即 U 的节域。 爆破技术经济效益 根据以上公式就可以确定经典域和节域。 ꢀ ꢀ (5)建立关联函数,计算关联度及规范化。 根据 ( 3)确定待评价对象。 待评价对象用 Ri 表示, 以下公式确定各等级的关联度。 · 34· ꢀ ꢀ ꢀ 张建华等:矿山爆破效果的可拓学评价ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 11 期 kj(vik ) = éU4 c11 〈1. 0,1. 2〉 ù φ(vik ,VU) - φ(vik ,Vj ) ≠ 0 ì φ(vik ,Vj ) c12 ︙ c15 〈1,100〉 R4 = [U4 ,C1 ,Vj ] = , φ(vik ,VU) - φ(vik ,Vj ) ︙ í , 〈1,5〉 î - φ(vik ,Vj ) - 1 φ(vik ,VU) - φ(vik ,Vj ) = 0 ë û 其节域为 ( 4) éU c11 〈1,2〉 ù 式中,kj(vik )为第 i 个 1 级指标中第 k 个 2 级指标关 于效果等级 j(j=1,2,3,4)的关联度; φ(vik ,VU ) = vik - aUi + bUi c12 〈0,100〉 R = [U, C1 ,Vj ] = . ︙ ︙ - - 21 (bUi - aUi ); 2 vik - aji + bji 2 c15 〈0,5〉 ë û φ(vik ,Vj ) = 21 (bji - aji ). 3. 2ꢀ 确定待评价物元 待评价物元振动分值根据爆心距为 100、200、 00 m 这 3 处最大振速所得分值加权计算得到。 根 ꢀ ꢀ 为了便于比较分析,需对关联度进行规范化处 3 理。 规范化处理方法有很多种,这里采用最大值法, 据黄麦岭现场的情况,分别给出不同爆心距的权重, 然后将实测的振速与萨道夫公式计算得到的理论值 进行比较,确定所得分值 即 kj(vik ) ′ kj (vik ) = max kj(vik ) . (5) v6 = 0. 4 × 9. 5 + 0. 3 × 9. 2 + 0. 3 × 9. 4 = 9. 38. ꢀ ꢀ (6)计算评价对象的综合关联度。 n ꢀ ꢀ 详见表 4。 ′ 表 4ꢀ 爆破振动评价 Table 4ꢀ Blasting vibration evaluation kj(Pi ) = ∑∂i kj (vik ). (6) i = 1 式中,∂i 为第 i 个指标的权重。 7)确定评价等级。 若 kk(P) =1m≤ja≤xpkj(Pi ) ,则评 爆心距 参考振速 / (m/ s) 实测振速 / (m/ s) 权ꢀ 重 得ꢀ 分 / m ( 1 00 0. 4 0. 3 0. 3 2. 87 1. 21 0. 78 1. 64 1. 02 0. 31 9. 5 9. 2 9. 4 价对象 P 的等级属于等级 k。 同理也可以确定各级 指标所属等级范围。 200 3 00 ꢀ 得出的最终实测评价向量为 D = 1. 6,0. 2,0. 15,3,0. 8, ꢀ 其他 8 个评价指标根据爆破现场实际情况得出, 3 ꢀ 实例分析 将建立的可拓综合评价模型应用于黄麦岭磷矿 东坑采场某次台阶爆破中。 [ 前叙已经确定了爆破效果等级域 U、评价指标集 C 和各级评价指标权重,因此现只需确定经典域和节 域,以及待评价对象。 9. 38,35,0. 3,19 . ] ꢀ ꢀ 因此对于指标集 C1 的待评价物元为 éPC1 c11 1. 6ù 3 . 1ꢀ 确定经典域 R 和节域 RU j 根据表 2 可以确定经典域 Rj 和节域 RU 。 以 C1 c12 0. 2 . ︙ RC1 = ( 爆破质量)为例。 其各等级经典域为 éU1 c11 〈1. 5,2〉 ù c12 〈0,0. 1〉 ︙ c15 0. 8û ë R1 = [U1 ,C1 ,Vj ] = , 3 . 3ꢀ 计算关联度 ︙ ︙ 以计算 c11 松散系数为例: c15 〈0,0. 2〉 û ë φ(v11 ,V1 ) = 1. 6 - 1 . 5 + 2 2 - 1. 5 = - 0. 1, - éU2 c11 〈1. 3,1. 5〉 ù 2 2 c12 〈0. 1,0. 45〉 - 1. 3 + φ(v11 ,V2 ) = 1. 6 2 1. 5 1. 5 - 1. 3 = 0. 1, R2 = [U2 ,C1 ,Vj ] = , - 2 ︙ ︙ ë 〈0. 2,0. 5〉 û φ(v11 ,V3 ) = 1. 6 - 1 . 2 + 1. 3 2 - 1. 3 - 1. 2 = 0. 3, c15 2 éU3 c11 〈1. 2,1. 3〉 ù c12 〈0. 45,1〉 φ(v11 ,V4 ) = 1. 6 - 1 + 1. 2 2 1. 2 - 1 = 0. 4, - R3 = [U3 ,C1 ,Vj ] = , 2 ︙ ︙ φ(v11 ,VU ) = 1. 6 - 1 + 2 2 - 2 - 1 = - 0. 4, c15 〈0. 5,1〉 ë û 2 · 35· 总第 473 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 11 期 则可得 评价结果以定量的形式表示,能较全面地反映出矿山 爆破存在的问题或需要改进之处,然后根据存在的问 题改进爆破设计,从而达到良好的爆破效果。 将建立好的可拓模型运用到黄麦岭磷矿东坑采 场某次台阶爆破中,其评价结果表明爆破质量处于 “良”的范围内,爆破安全、爆破技术经济效益和最终 爆破效果评价结果都处于“优” 的范围内,且与实际 爆破情况相一致。 - 0. 1 0. 4 - ( - 0. 1) = 0. 333 3, . 1 0. 4 - 0. 1 = - 0. 2, . 3 0. 4 - 0. 3 = - 0. 428 5, . 4 0. 4 - 0. 4 = - 0. 5. ꢀ 同理可计算其他隶属于 C1 的二级指标的关联 k1(c11 ) = - 0 k2(c11 ) = - 0 k3(c11 ) = - 0 k4(c11 ) = - 将可拓理论应用到矿山爆破效果评价中是可行 的,具有工程应用价值。 ꢀ 度,得到关于 C1 关联度矩阵为 é 0. 333 3 - 0. 2 - 0. 428 5 - 0. 555 6 - 0. 8 - 0. 5 - 0. 7 . - 0. 333 3 - 0. 5 - 0. 5ù 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 - 0. 333 3 1 [ [ [ 1]ꢀ 王ꢀ 员. 露天矿山爆破作业模糊综合评价应用研究[ D]. 成都: 西南交通大学,2014. k(C1 ) = - 0. 25 0. 5 0. 2 - 0. 429 Wang Yuan. Research on Application of Fuzzy Comprehensive Eval- uation Surface Mine Blasting Operation [ D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University,2014. ë - 0. 428 5 - 0. 272 7 - 0. 333 3 - 0. 2û ꢀ ꢀ 采用最大值法对得到的关联度矩阵进行规范化, 得到 2]ꢀ 曾新枝,房泽法. 矿山爆破效果综合评价的现状[C]∥中国采选 技术十年回顾与展望. 北京:冶金工业出版社,2012. Zeng Xinzhi,Fang Zefa. Situation Evaluation of mine blasting effect é 0. 666 6 0. 333 3 - 0. 4 - 0. 857 1 - 0. 555 6 - 0. 714 3 - 1 - 0. 8 - 1 ù - 1 ′ k (C1 ) = - 0. 357 2 0. 714 3 . [ C] ∥ Chinese Mining Technology Review and Outlook. Beijing: Metallurgical Indurstry Press,2012. 0. 4 - 0. 285 7 - 0. 666 7 - 0. 636 4 0. 777 8 - 1 3]ꢀ 蒲传金,肖正学,郭学彬. 爆破效果综合评价的模糊层次分析法 模型[J]. 矿业快报,2004,20(11):11-15. ë - 1 - 0. 466 7û 3 . 4ꢀ 计算评价对象的综合关联度 根据综合关联度函数,代入数据得 Pu Chuanjin,Xiao Zhengxue,Guo Xuebin. Model of fuzzy hierarchy analysis process for comprehensive evaluation of blasting effect[J]. Mining Industry,2004,20(11):11-15. k c1 = ( - 0. 266,0. 324, - 0. 411, - 0. 843). 同理计算 C2 、C3 可得 [4]ꢀ 秦ꢀ 虎,汪旭光. 爆破效果综合评价的模糊数学模型[J]. 工程 爆破,1997(3):5-10. kc2 = (0. 993, - 0. 290, - 0. 573, - 0. 689), kc3 = (0. 325, - 0. 249, - 0. 744, - 1). Qin Hu,Wang Xuguang. Fuzzy mathematics model of comprehensive e- valuation of blasting results[J]. Engineering Blasting,1997(3):5-10. 最终爆破效果关联度 [ [ 5]ꢀ 刘ꢀ 烜. 基于可拓学理论的边坡稳定性评价研究[ D]. 北京:北 京交通大学,2009. kc = (0. 333,0. 333,0. 334) Liu Xuan. Research on Slope Stability Evaluation Based on Exten- sion Theory[D]. Beijing:Beijing Jiaotong University,2009. 6]ꢀ 赵永春. 基于可拓学的地铁运营安全评价研究[ D]. 北京:北京 交通大学,2012. é - 0. 266 . 993 ë 0. 325 0. 351, - 0. 072, - 0. 576, - 0. 844). . 5ꢀ 结果分析 将 kc1 、 kc2 、 kc3 计算结果结合最大隶属度原则,可 0. 324 - 0. 290 - 0. 573 - 0. 689 = - 0. 249 - 0. 744 - 1 - 0. 411 - 0. 843ù 0 û ( Zhao Yongchun. Study of the Safety Evaluation of Urban Subway Op- eration Based on Extenics[D]. Beijing:Beijing Jiaotong University, 3 2 012. 7]ꢀ 张建华,夏岸雄,王ꢀ 涛. 逐孔起爆爆破效果的模糊综合评价 J]. 爆破,2013,30(4):83-86. [ [ 以确定其值分别为 0. 324,0. 993,0. 325,说明爆破质 量处于“良” 的范围内,爆破安全和爆破经济效益都 处于“优”的范围内。 [ Zhang Jianhua,Xia Anxiong,Wang Tao. Blasting effect of hole-by- hole initiation based on fuzzy complex evaluation [ J]. Blasting, 2 013,30(4):83-86. 同理可得 kc 的值为 0. 351,即说明此次爆破效果 评价结果为“优”。 与实际爆破情况相比较,认为该 次评价结果与实际情况相符。 8]ꢀ 李栋学,刘ꢀ 茂,刘付衍华. 基于多层次可拓评价法的城市燃气 管线风险评价研究[J]. 防灾减灾工程学报,2010(1):92-97. Li Dongxue,Liu Mao,Liu Fuyanhua. Multilevel extension assessment method of city gas pipeline risk assessment[ J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2010(1):92-97. 4 ꢀ 结ꢀ 语 矿山爆破效果可拓综合评价法将多指标、多因素 的评价和决策转化为单目标、单因素的评价和决策, (责任编辑ꢀ 徐志宏) · 36·
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