CN110458467A - 一种井下采场环境综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下采场环境综合评价方法，包括以下步骤：步骤一、获取目标区域内目标因素的实测值，以及目标区域内目标因素的评价标准等级；步骤二、将所述实测值与所述评价标准等级组成一个集对，利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性；步骤三、利用动态三角模糊数来描述所述联系数与所述评价标准等级的差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数和多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；步骤四、将步骤一中获取的目标因素的实测值代入步骤三中计算获取的所述耦合评价模型中，来计算获取目标区域内环境综合评价等级。本发明提供了一种新的井下采场环境综合评价方法。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种井下采场环境综合评价方法。
背景技术
作为4M“人-机-环-管”本质安全管理中的重要一环，采场作业环境对井下工人工作效率及职业健康意义重大。随着矿物资源的深部开采，作业环境将更加恶劣，严重的尘肺等不可逆的职业疾病。因此，采场环境评价可以分析和预测评估采场环境中各种污染的程度，采场环境评价是提出采场环境改善方案的基础，可以根据采场环境评价提出合理的防范措施，优化采场环境，这对井下工人工作效率的提高及井下工人职业健康都具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种井下采场环境评价方法，其提供了一种新的井下采场环境综合评价方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取目标区域内目标因素的实测值，以及目标区域内目标因素的评价标准等级；
步骤二、将步骤一中获取的所述实测值与所述评价标准等级组成一个集对，利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性；
步骤三、利用动态三角模糊数来描述所述联系数与所述评价标准等级的差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数和多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；
步骤四、将步骤一中获取的目标因素的实测值代入步骤三中计算获取的所述耦合评价模型中，来计算获取目标区域内环境综合评价等级。
上述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：所述目标因素是指影响井下采场环境的各个因素，所述目标因素包括粉尘浓度、氮氧化物浓度、噪声和湿卡他指数，所述评价标准等级包括I级、II级、III级、IV级和V级。
上述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：步骤二中所述利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性，是根据评价标准等级的数量将集对分析的联系数按照公式μ＝a+b1i1+b2i2+…bnin+c1j1+…+cnjn化简为与评价标准等级的数量相对应的多元联系数。
上述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：步骤三中所述利用动态三角模糊数来描述差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数及多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；是指设定所述评价标准等级的临界值分别为k1、k2、k3、k4和k5，将临届值k2，k3，k4处的差异度系数分别取i1＝0.5,i2＝0,i3＝-0.5，计算公式如公式五、公式六和公式七所示：
公式五为：
公式六为：
公式七为：
公式五、公式六和公式七中c为待评价指标实测值，k1、k2、k3、k4、k5为所述评价标准等级的临界值；
井下采场环境中目标区域内目标因素待评指标为越小越优型，即等级越低污染越小，则相对应的多元联系数表达式如公式八所示：
公式八为：
公式八中：μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；
由公式五、公式六、公式七和公式八可以得到动态三角模糊数的联系数为如公式九所示：
公式九为：
公式九中，μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；结合各个评价指标的权重及集对分析联系数值，可以得出多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型如公式十和公式十一所示：
公式十为：
公式十一为：zq＝3-2yq
公式十和公式十一中，yq即为综合联系度，zq表示评价等级。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供了一种新的井下采场环境综合评价方法。
2、本发明采用改进的三角模糊数对集对分析中同异反模型差异度系数的连续过程进行求解，求解结果更加精细，而随机模拟评价模式得到的是包含概率特征的可能性结论，最终得到的评价排序结论具有概率特征，误差达到55％左右。
3、本发明在考虑了采场在作业环境下的具有动态性、随机性、模糊性，并通过改进的SPA-DTFN耦合模型对采场的各种污染灾害进行动态评测定级，精细度更高，更贴近实际情况，具有现实意义。
4、本发明通过模型计算得到评价结果，进行比对分析，能更加科学地反应井下各区段实际污染程度，便于采取措施进行环境改善。
附图说明
图1为本发明动态三角模糊数的函数图像。
图2为本发明区间模糊函数图形的动态三角模糊数越大越优指标图。
图3为本发明区间模糊函数图形的动态三角模糊数越小越优指标图。
具体实施方式
下面结合程潮铁矿东区-290m水平作业场为例对本发明内容进行进一步说明。
步骤一、获取目标区域内目标因素的实测值，以及目标区域内目标因素的评价标准等级；
其中，目标因素是指影响井下采场环境的各个因素，所述目标因素包括粉尘浓度、氮氧化物浓度、噪声和湿卡他指数，所述评价标准等级包括I级、II级、III级、IV级和V级。
在程潮铁矿东区-290m水平作业场中以井下12个作业区段为研究对象，并选取了粉尘(mg/m3)，CO(mg/m3)，氮氧化物(mg/m3)，噪声[dB(A)]，湿卡他指数(1/K)等五个主要影响井下作业场环境质量的因素进行评价，并验证所构建模型的可靠性及实用性。过程中的评价标准、各影响因素权重及监测数据均采用程潮铁矿东区-290m水平作业场现有的数据，其中采场作业环境评价标准为V级，具体数据如表1所示；作业场各区段实测数据如表2所示；各影响因素权重数据如表3所示；
表1采场作业环境评价标准
表2作业场各区段实测数据
表3各影响因素权重表
集对分析理论SPA(set pair Analysis)是赵克勤先生在1989年首次提出，作为联系数学中重要组成部分其在工程数学中已经得到了广泛应用。集对是指两个有联系的集合所形成的组合，联系数是是集对分析理论中用来表达集对中具有关系的两个集合的、不确定关系的函数。一般常用联系数来描述集对的不确定性及两个集对相互关系。如公式一所示；公式一为：μA-B＝a+bi+cj，公式一称为三元联系数，但在处理实际工程问题过程中，仅对研究对象所处空间状态进行简单的一分为三的划段略显粗糙，为此需要对集对联系数的基本表达式做出进一步的扩展或者细化，形成一种适用于复杂模糊情况的多元联系数，其表达式如公式二所示；公式二为：
μ＝a+b1i1+b2i2+…bnin+c1j1+…+cnjn，针对上述V级评价系统采用五元联系数。以届值评价标准等级划分的五级评价中，其联系数可如公式三所示，公式三为：μ＝a+b1i1+b2i2+b3i3+cj，公式三中a、b和c均为非负数项，且分别表示两集合具有相同性、相反性和差异性的程度，且a+b1+b2+b3+c1+c2＝1，i表示差异度系数且i∈[-1,1]。j为对立度系数，一般情况下取-1。a和cj是相对确定的项，bi为相对不确定的项，可同时描述模糊性、随机性、未确知性等信息。
步骤二、将步骤一中获取的所述实测值与所述评价标准等级组成一个集对，利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性；
大部分的工程实际问题均处于不确定性决策环境中，引入TFN能很好的处理所给信息动态模糊性。集对分析在描述井下作业环境评价中的不确定性时，联系数差异度系数在表示相邻区间评价标准时候计算较困难，因此采用三角模糊数解决。解决实际问题时，普通三角模糊数不足以表征清楚各影响因素之间的模糊性。所以本申请引入动态三角模糊数来进行解释。
定义1：设实数域R上一个模糊数A，假设一隶属度函数：μA(s):R→[0,1](s∈R)，若隶属度函数表示为公式四所示，公式四位：其中A称为动态三角模糊数，记作A＝(a1,b1,c1,a2,b2,c2)，动态三角模糊数的函数图像如图1所示。
步骤三、利用动态三角模糊数来描述所述联系数与所述评价标准等级的
差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数和多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；其基本原理是：将影响井下作业场环境的各区段各因素实测值和评价标准等级组成一个集对，利用SPA的联系数定量描述各指标数据与评价标准之间隶属关系的动态模糊性，再应用动态三角模糊数与之耦合构造差异度系数，确定多元联系数及权重来进行综合评价。具体的是将井下作业场环境评价分为I-V个等级，设定环境评价等级临界值分别为k1、k2、k3、k4和k5，多元联系数可以表征井下作业环境评价的同异反系统结构。将待评价样本符合I级标准的定义为同一度a，相对应的同一度系数为1，符合标准V级届值的定义为对立性，相对应对立系数为-1，将符合II，III，IV级标准定义为差异度。但模糊不确定性需要进一步的细化，根据所用五元联系数的定义，II级定义为偏同差异性，III级定义为中差异性，IV级定义为偏反差异性，与II，III，IV级标准相对应的称为偏同差异系数，中差异度系数，偏反差异度系数。集对分析虽能较好地把井下作业场环境评价的确定及不确定性联系起来，但对上述差异度系数求解却比较困难，这里采用动态三角模糊数来描述差异度系数的动态模糊性，即将临届值k2、k3、k4处的差异度系数分别取，计算公式如公式五、公式六和公式七所示：
公式五为：
公式六为：
公式七为：
公式五、公式六和公式七中c为待评价指标实测值，k1、k2、k3、k4、k5为所述评价标准等级的临界值；区间模糊函数图形如图2和图3所示，图2表示动态三角模糊数越大越优指标，图3表示动态三角模糊数越小越优指标。
在井下采场环境中目标区域内目标因素待评指标为越小越优型，即等级越低污染越小，则相对应的多元联系数表达式如公式八所示：
公式八为：
公式八中：μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；
由公式五、公式六、公式七和公式八可以得到动态三角模糊数的联系数，动态三角模糊数的联系数为如公式九所示：
公式九为：
公式九中，μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；结合各个评价指标的权重及集对分析联系数值，可以得出多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型如公式十和公式十一所示：
公式十为：
公式十一为：zq＝3-2yq
公式十和公式十一中，yq即为综合联系度，zq表示评价等级。
步骤四、将步骤一中获取的目标因素的实测值代入步骤三中计算获取的所述耦合评价模型中，来计算获取目标区域内环境综合评价等级。
本实施例中，以监测点1铲运机出矿进路为例来说明本文评价模型的计算过程，实例中铲运机出矿进路区段的粉尘由表2可知为2.20(mg/m3)，由表1的评价标准可知其介于III级(2mg/m3)与IV(4mg/m3)之间，代入公式九中，μ11＝－0.05，同理可得CO，氮氧化物，噪声，湿卡他指数等因素的联系数值分别为0.228，－0.334，－0.187，－0.509，通过表3各影响因素的权重以及公式十可算出 再根据公式十一z1＝3-2y1＝3－2(－0.245)＝3.49。可见，3.49接近于3，所以可以判定此样本监测点评价结果为III级。实例中其余井下各区段监测点评价结果见表4所示。
表4评价结果及比对分析表
从表4评价结果可以看出，基于动态三角模糊数及集对分析所构建的模型评价结果与模糊综合评价结果基本一致。对于结果有差异的点位1和6，联系数值的大小能反应相邻届值等级之间过渡趋势，并且相同评价等级联系数值的大小更能反映两个监测点之间污染的严重程度，因此本文耦合模型的评价结果精细度更高，能更加科学地反应井下各区段实际污染程度。
因此本申请选取了粉尘、CO、氮氧化物、噪声及湿卡他指数等主要影响因素并通过构建SPA-DTFN耦合模型实现了针对井下不同区段作业环境情况的评级。本申请构建的耦合模型计算结果精细准确，客观反映了井下各区段当前作业环境的污染等级，在拓展模糊联系数学应用范畴的同时也为井下作业环境评价提供了一种新方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取目标区域内目标因素的实测值，以及目标区域内目标因素的评价标准等级；
步骤二、将步骤一中获取的所述实测值与所述评价标准等级组成一个集对，利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性；
步骤三、利用动态三角模糊数来描述所述联系数与所述评价标准等级的差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数及多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；
步骤四、将步骤一中获取的目标因素的实测值代入步骤三中计算获取的所述耦合评价模型中，来计算获取目标区域内环境综合评价等级。
2.按照权利要求1所述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：所述目标因素是指影响井下采场环境的各个因素，所述目标因素包括粉尘浓度、氮氧化物浓度、噪声和湿卡他指数，所述评价标准等级包括I级、II级、III级、IV级和V级。
3.按照权利要求1所述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：步骤二中所述利用集对分析的联系数定量描述所述实测值与所述评价标准等级之间隶属关系的动态模糊性，是根据评价标准等级的数量将集对分析的联系数按照公式μ＝a+b1i1+b2i2+…bnin+c1j1+…+cnjn化简为与评价标准等级的数量相对应的多元联系数。
4.按照权利要求2所述的一种井下采场环境综合评价方法，其特征在于：步骤三中所述利用动态三角模糊数来描述差异度系数的动态模糊性，计算获取动态三角模糊数的联系数及多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型；是指设定所述评价标准等级的临界值分别为k1、k2、k3、k4和k5，将临届值k2，k3，k4处的差异度系数分别取i1＝0.5,i2＝0,i3＝-0.5，计算公式如公式五、公式六和公式七所示：
公式五为：
公式六为：
公式七为：
公式五、公式六和公式七中c为待评价指标实测值，k1、k2、k3、k4、k5为所述评价标准等级的临界值；
井下采场环境中目标区域内目标因素待评指标为越小越优型，即等级越低污染越小，则相对应的多元联系数表达式如公式八所示：
公式八为：
公式八中：μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；
由公式五、公式六、公式七和公式八可以得到动态三角模糊数的联系数为如公式九所示：
公式九为：
公式九中，μpq表示评价样本第p个评价指标，第q个评价样本，k表示评价指标样本值；
结合各个评价指标的权重及集对分析联系数值，可以得出多元联系数与动态三角模糊数的耦合评价模型如公式十和公式十一所示：
公式十为：
公式十一为：zq＝3-2yq
公式十和公式十一中，yq即为综合联系度，zq表示评价等级。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112001568A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-11-27 | 新疆大学 | 高海拔高寒金属矿开采风钻作业效率影响因素的评估方法 |
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| CN103605895A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-02-26 | 浙江水利水电学院 | 一种海堤安全性评价方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191115 |