CN110909976B - 一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法及装置 - Google Patents

一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法及装置 Download PDF

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Abstract

发明提供一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法及装置。该方法包括构建突出矿井抽掘采部署合理性的评价指标体系、拟定突出矿井抽掘采部署合理性评分表、确定评价指标体系中的各二级指标权重值、计算出矿井部署合理性评分等步骤。诊断装置包括数据采集器、微处理器、存储器和显示器。所述存储器中存储有计算机程序。所述计算机程序在被微处理器执行时用于实现上述的方法。所述数据采集器将输入的指标值传递给微处理器。所述微处理器对指标值进行计算，并输出评价结果和量化值为0的二级指标到显示。该方法考虑了掘进超前指标和区域措施工程有效性指标，并进行动态化计算，这为突出矿井抽掘采的部署提供了全面、科学、可靠的理论指导。

Description

一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法及装置
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯防治领域，特别涉及抽掘采部署合理性的综合评价与改进方法及装置。
背景技术
合理的抽掘采部署是指煤矿在生产过程中，抽掘采在时间上和空间上能够均衡、连续地衔接。长期以来，抽掘采部署不合理是制约着矿井安全高效运转的关键问题之一。特别是对于突出矿井，随着矿井采深的增加，矿井瓦斯治理难度加大，抽掘采失衡问题更加严重。而目前煤矿抽掘采部署时，仍按照煤炭工业部1961年发布的《关于矿井和露天矿井开拓煤量、准备煤量和回采煤量划分范围的规定》，或在满足相关法规的前提下，矿井部署人员根据经验总结进行抽掘采部署。这种部署模式是静态的计算和评价，界定模糊，不能对接替工作中的问题进行有效预警和给出有效措施的改进方向。因此有必要从理论高度重新界定矿井抽掘采部署的合理评价指标，进行动态化计算，对接替部署存在的问题进行及时预警。
因此，急需一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法及装置。发明内容
本发明的目的是提供一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，包括以下步骤：
1)归纳影响突出矿井抽掘采部署合理性的主要评价指标，构建突出矿井抽掘采部署合理性的评价指标体系。
2)确定突出矿井抽掘采部署合理性的判识指标及其计算规则，并拟定突出矿井抽掘采部署合理性评分表。
3)采用专家排序评分法确定评价指标体系中的各二级指标权重值ω。
4)参考矿井采掘平面图与瓦斯抽采系统图，依据矿井抽掘采部署合理性评分表对突出矿井的实际情况进行打分。确定各二级指标量化值。结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分。
5)依据矿井部署合理性分级准则，结合矿井评分，给出矿井抽掘采部署合理性等级。
6)当矿井合理性等级为较为合理或不合理时，筛选出二级指标量化值为0的指标。对量化值为0的二级指标进行针对性改进，并对改进后的抽掘采部署合理性进行评分。
7)重复步骤4)～6)，直至矿井评分等级为合理为止。
进一步，所述评价指标体系包括掘进超前指标和区域措施工程有效性指标2个一级指标。所述掘进超前指标包括开拓掘进、准备掘进、区域措施工程掘进、保护层掘进、被保护层掘进以及瓦斯治理巷道掘进6个二级指标。所述区域措施工程有效性指标包括保护层巷道条带有效性指标、保护层回采有效性指标、被保护层巷道条带有效性指标、被保护层回采有效性指标以及保护层瓦斯治理有效性5个二级指标。
进一步，开拓掘进的判识指标为开拓煤量。准备掘进的判识指标为准备煤量。区域措施工程掘进的判识指标为措施煤量。保护层掘进的判识指标为保护层掘进煤量。被保护层掘进的判识指标为被保护层掘进煤量。瓦斯治理巷道掘进的判识指标为瓦斯治理煤量。保护层巷道条带有效性指标的判识指标为保护层掘进面有效长度。保护层回采有效性指标的判识指标为保护层回采面有效长度。被保护层巷道条带有效性指标的判识指标为被保护层掘进有效长度。被保护层回采有效性指标的判识指标为被保护层有效煤量。保护层瓦斯治理有效性的判识指标为瓦斯治理有效煤量。
进一步，步骤3)具体包括以下步骤：
3.1)邀请k名专家对每组的各个二级指标的重要性进行排序。
3.2)对k名专家对任意二级指标j的评价总体认定度Xj进行归一化处理，确定各二级指标的权重。
Figure BDA0002229948790000021
进一步，步骤4)中，依据评分表，得到各二级指标量化值，结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分。其中，矿井i的总得分为：
Scorei＝P1*Scorei1+P2*Scorei2+…Pj*Scoreij
式中，Scoreij为矿井i中评价指标j的得分。Scorei为评价矿井i的总得分。Scorei＜1.5时，矿井部署合理性分级为不合理。1.5≤Scorei≤2.0时，矿井部署合理性分级为较为合理。Scorei＞2.0时，矿井部署合理性分级为合理。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现上述方法。
本发明还公开一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进装置，包括数据采集器、微处理器、存储器和显示器。
所述存储器中存储有计算机程序。所述计算机程序在被微处理器执行时用于实现上述的方法。
所述数据采集器将输入的指标值传递给微处理器。所述微处理器对指标值进行计算，得出突出矿井抽掘采部署合理性的总得分情况，并输出评价结果和量化值为0的二级指标到显示。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.考虑了掘进超前指标和区域措施工程有效性指标，并进行动态化计算，这为突出矿井抽掘采的部署提供了全面、科学、可靠的理论指导；
B.对接替部署存在的问题进行及时预警，实现采掘部署合理主动，保障矿井持续发展，确保矿井安全高效完成生产计划，具有重要的实际意义。
附图说明
图1为指标体系结构模型；
图2为方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图2，本实施例公开一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，包括以下步骤：
1)归纳影响突出矿井抽掘采部署合理性的主要评价指标，构建突出矿井抽掘采部署合理性的评价指标体系。
参见图1，所述评价指标体系包括掘进超前指标和区域措施工程有效性指标2个一级指标。所述掘进超前指标包括开拓掘进、准备掘进、区域措施工程掘进、保护层掘进、被保护层掘进以及瓦斯治理巷道掘进6个二级指标。所述区域措施工程有效性指标包括保护层巷道条带有效性指标、保护层回采有效性指标、被保护层巷道条带有效性指标、被保护层回采有效性指标以及保护层瓦斯治理有效性5个二级指标。
2)确定突出矿井抽掘采部署合理性的判识指标及其计算规则，并拟定突出矿井抽掘采部署合理性评分表。
其中，开拓掘进的判识指标为开拓煤量。准备掘进的判识指标为准备煤量。区域措施工程掘进的判识指标为措施煤量。保护层掘进的判识指标为保护层掘进煤量。被保护层掘进的判识指标为被保护层掘进煤量。瓦斯治理巷道掘进的判识指标为瓦斯治理煤量。保护层巷道条带有效性指标的判识指标为保护层掘进面有效长度。保护层回采有效性指标的判识指标为保护层回采面有效长度。被保护层巷道条带有效性指标的判识指标为被保护层掘进有效长度。被保护层回采有效性指标的判识指标为被保护层有效煤量。保护层瓦斯治理有效性的判识指标为瓦斯治理有效煤量。确定突出矿井抽掘采部署合理性的判识指标及其计算规则如表1所示，突出矿井抽掘采部署合理性评分表如表2所示。
表1
Figure BDA0002229948790000041
Figure BDA0002229948790000051
表2
Figure BDA0002229948790000052
Figure BDA0002229948790000061
3)采用专家排序评分法确定评价指标体系中的各二级指标权重值ω。
3.1)进行问卷设计，将一级指标与2组二级指标分别列出，要求填写人按抽掘采部署合理性评价的重要程度对同组指标进行定性排序，例如数字“1”表示此指标为同层中“最为重要”的考虑因素，“2”表示“比较重要”，“3”表示“一般重要”，依次类推。
3.2)问卷设计完成后，邀请k位相关领域较为权威的专家们根据自己的知识和经验来填写调查表，对每组的各个指标的重要性进行排序。
3.3)假设邀请到k个专家对同组的n个指标进行排序，则这些专家反馈的结果可统计为矩阵A。
Figure BDA0002229948790000071
式中，aij即代表第i位专家对该组指标中第j个指标的重要度排序。其定性排序的结果可转化为定量结果为：
χ(I)＝-λpn(I)lnpn(I)        (2)
在这里，
Figure BDA0002229948790000072
代入(2)式得：
Figure BDA0002229948790000073
两边同时除以
Figure BDA0002229948790000074
设
Figure BDA0002229948790000075
则
Figure BDA0002229948790000076
I被定义为某一指标被专家评定的定性等级。例如，由一名专家进行评定的“B1、B2和B3”这三个指标的一组定性等级分别为“1,2,3”，这意味着指标A1是最重要的，那么对于B1就有I＝1。m是转换参数，定义为m＝n+2，n是指标的数量。
将定性等级代入(4)式中，得到bij的定量变换值。bij＝μ(aij)被称为定性等级I的认定度，矩阵B＝(bij)k×n被定义为认定度矩阵。这里引入一个新的参数，平均认定程度bj，代表k个专家对某指标j评价的一致认定程度，计算如下：
Figure BDA0002229948790000077
将k个专家对指标j评价的不同性定义为不确定度σj。
σj＝|{[max(b1j,b2j,…,bkj)-bj]+[bj-min(b1j,b2j,…,bkj)]}/2|  (6)
所有被邀请的k位专家对指标j的评价程度定义为总体认定度为Xj。
χj＝bj(1-σj)            (7)
为了得到指标j的权重，需要进一步对(7)式进行归一化处理。
Figure BDA0002229948790000081
其中，ωj＞0，且满足
Figure BDA0002229948790000082
ω＝(ω1，ω2，…，ωj)表示为指标集U＝(指标1，指标2，…，指标j)的权重。
在提出的突出矿井抽掘采部署合理性评价体系中，指标权重从一级确定，即2个一级指标(掘进超前指标和区域措施工程有效性指标)将首先确定。同理，按顺序可以确定各二级指标的权重。
4)参考矿井采掘平面图与瓦斯抽采系统图，依据矿井抽掘采部署合理性评分表对突出矿井的实际情况进行打分。确定各二级指标量化值。结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分。
依据评分表，得到各二级指标量化值，结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分。其中，矿井i的总得分为：
Scorei＝P1*Scorei1+P2*Scorei2+…Pj*Scoreij     (9)
式中，Scoreij为矿井i中评价指标j的得分。Scorei为评价矿井i的总得分。Scorei＜1.5时，矿井部署合理性分级为不合理。1.5≤Scorei≤2.0时，矿井部署合理性分级为较为合理。Scorei＞2.0时，矿井部署合理性分级为合理。
5)依据矿井部署合理性分级准则，结合矿井评分，给出矿井抽掘采部署合理性等级。矿井部署合理性分级准则如表3所示。
表3
不合理 较为合理 合理
总体得分 0～1.5 1.5～2.0 2.0～3.0
6)当矿井合理性等级为较为合理或不合理时，筛选出二级指标量化值为0的指标。对量化值为0的二级指标进行针对性改进，并对改进后的抽掘采部署合理性进行评分。
7)重复步骤4)～6)，直至矿井评分等级为合理为止。
实施例2：
本实施例公开一种具体应用于南桐煤矿抽掘采部署合理性的突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，包括以下步骤：
1)通过现场调研与分析，归纳影响突出矿井抽掘采部署合理性的主要评价指标，构建突出矿井抽掘采部署合理性的评价指标体系。
所述评价指标体系包括掘进超前指标和区域措施工程有效性指标2个一级指标。所述掘进超前指标包括开拓掘进、准备掘进、区域措施工程掘进、保护层掘进、被保护层掘进以及瓦斯治理巷道掘进6个二级指标。所述区域措施工程有效性指标包括保护层巷道条带有效性指标、保护层回采有效性指标、被保护层巷道条带有效性指标、被保护层回采有效性指标以及保护层瓦斯治理有效性5个二级指标。
2)确定突出矿井抽掘采部署合理性的判识指标及其计算规则，并根据实际情况，得到该突出矿井抽掘采部署合理性评分表。
表4
Figure BDA0002229948790000091
3)根据瓦斯治理领域5位专家对各一级指标的重要性进行排序，得到矩阵A。
Figure BDA0002229948790000101
计算认定度矩阵B，m取4。
Figure BDA0002229948790000102
计算各专家对某一指标的平均认定程度：
Figure BDA0002229948790000103
计算各专家对各指标的不确定度σj。
σj＝{[max(b1j+b2j+b3j+b4j+b5j)-bj]+[bj-min(b1j+b2j+b3j+b4j+b5j)]}/2
即σ1＝0.18455，σ2＝0.18455
计算被邀请的5位专家对各一级指标的总体认定度xj。
即x1＝0.63486，x2＝0.69506
为了得到指标j的权重，对总体认定度xj进行归一化处理，得到各一级指标的权重。
即ω1＝0.4774，ω2＝0.5226
同理，根据5位专家对各二级指标的重要性进行排序，得到如下两组矩阵C、D。
Figure BDA0002229948790000104
计算认定度矩阵E、F，其中m分别取8、7。
Figure BDA0002229948790000111
综上所述，可得到各专家对各二级指标的平均认定程度bj、不确定度σj、总体认定度xj和归一化处理得到各指标的权重，如下所示。
<![CDATA[指标<sub>11</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>12</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>13</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>14</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>15</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>16</sub>]]>
<![CDATA[b<sub>j</sub>]]> 0.7683 0.5862 0.7366 0.8504 0.6950 0.7446
<![CDATA[σ<sub>j</sub>]]> 0.3219 0.2354 0.1781 0.1438 0.2823 0.3219
<![CDATA[x<sub>j</sub>]]> 0.5210 0.4482 0.6054 0.7281 0.4988 0.5049
ω 0.1576 0.1355 0.1831 0.2202 0.1509 0.1527
<![CDATA[指标<sub>21</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>22</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>23</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>24</sub>]]> <![CDATA[指标<sub>25</sub>]]>
<![CDATA[b<sub>j</sub>]]> 0.7914 0.7665 0.6000 0.6118 0.9023
<![CDATA[σ<sub>j</sub>]]> 0.6132 0.2851 0.3869 0.6132 0.3869
<![CDATA[x<sub>j</sub>]]> 0.3062 0.5480 0.3679 0.2367 0.5532
ω 0.1522 0.2724 0.1829 0.1176 0.2750
4)参考矿井采掘平面图与瓦斯抽采系统图，依据矿井抽掘采部署合理性评分表对突出矿井的实际情况进行打分，确定各二级指标量化值，结合各二级指标权重值，计算出该矿井部署合理性评分。
a南桐煤矿的实测指标数据如表5所示，将其代入到上述构建的南桐煤矿抽掘采部署合理性评分表(表4)中，可得到各二级指标的量化值。
表5
指标 南桐煤矿实测值 得分情况
开拓煤量(万吨) 357.6 3
准备煤量(万吨) 190.6 3
措施煤量(万吨) 88.8 3
保护层掘进煤量(万吨) 22.3 2
被保护层掘进煤量(万吨) 39.6 2
瓦斯治理煤量(万吨) 154.8 2
保护层有效长度(m) 70.5 2
保护层有效长度(m) 65 2
被保护层有效长度(m) 68 2
被保护层有效煤量(万吨) 8.5 2
瓦斯治理有效煤量(万吨) 8.5 2
b该矿井部署合理性得分可用如下公式计算：
Pi＝ω1*(ω11*P11+ω12*P12+…+ω16*P16)+ω2*(ω21*P21+ω22*P22+…ω25*P25)
经计算可得P＝2.227
5)依据突出矿井抽掘采部署合理性分级准则(表3)，结合该矿井评分，可得到该突出矿井抽掘采部署合理性等级为合理。故根据以上计算结果表明，南桐煤矿的抽掘采部署现状是合理的，不存在抽掘采整体部署失调的情况。
实施例3：
本实施例公开一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如实施例1中的方法。
实施例4：
本实施例公开一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进装置，包括数据采集器、微处理器、存储器和显示器。
所述存储器中存储有计算机程序。所述计算机程序在被微处理器执行时用于实现如实施例1中的方法。
所述数据采集器将输入的指标值传递给微处理器。所述微处理器对指标值进行计算，得出突出矿井抽掘采部署合理性的总得分情况，并输出评价结果和量化值为0的二级指标到显示器显示。

Claims (4)

1.一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)归纳影响突出矿井抽掘采部署合理性的主要评价指标，构建突出矿井抽掘采部署合理性的评价指标体系；所述评价指标体系包括掘进超前指标和区域措施工程有效性指标2个一级指标；所述掘进超前指标包括开拓掘进、准备掘进、区域措施工程掘进、保护层掘进、被保护层掘进以及瓦斯治理巷道掘进6个二级指标；所述区域措施工程有效性指标包括保护层巷道条带有效性指标、保护层回采有效性指标、被保护层巷道条带有效性指标、被保护层回采有效性指标以及保护层瓦斯治理有效性5个二级指标；
2)确定突出矿井抽掘采部署合理性的判识指标及其计算规则，并拟定突出矿井抽掘采部署合理性评分表；
3)采用专家排序评分法确定评价指标体系中的各二级指标权重值ω；步骤3)具体包括以下子步骤：
3.1)邀请k名专家对每组的各个二级指标的重要性进行排序；k个专家对同组的n个指标进行排序，结果可统计为矩阵A；
Figure FDA0004170737930000011
式中，aij为第i位专家对该组指标中第j个指标的重要度排序；
3.2)对k名专家对任意二级指标j的评价总体认定度Xj进行归一化处理，确定各二级指标的权重；
Figure FDA0004170737930000012
式中，n为指标数量；Xj为k位专家对指标j的总体认定度；
χj＝bj(1-σj)           (3)
式中，bj为k个专家对指标j的平均认定程度；σj为k个专家对指标j评价的不确定度；
Figure FDA0004170737930000013
σj＝|{[max(b1j,b2j,...,bkj)-bj]+[bj-min(b1j,b2j,...,bkj)]}/2|   (5)
式中，bij为aij的定量变换值；矩阵B＝(bij)k×n为认定度矩阵；
4)参考矿井采掘平面图与瓦斯抽采系统图，依据矿井抽掘采部署合理性评分表对突出矿井的实际情况进行打分；确定各二级指标量化值；结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分；步骤4)中，依据评分表，得到各二级指标量化值，结合各二级指标权重值，计算出矿井部署合理性评分；其中，矿井i的总得分为：
Scorei＝P1*Scorei1+P2*Scorei2+…Pj*Scoreij (6)
式中，Scoreij为矿井i中评价指标j的得分；Scorei为评价矿井i的总得分；Scorei＜1.5时，矿井部署合理性分级为不合理；1.5≤Scorei≤2.0时，矿井部署合理性分级为较为合理；Scorei＞2.0时，矿井部署合理性分级为合理；
5)依据矿井部署合理性分级准则，结合矿井评分，给出矿井抽掘采部署合理性等级；
6)当矿井合理性等级为较为合理或不合理时，筛选出二级指标量化值为0的指标；对量化值为0的二级指标进行针对性改进，并对改进后的抽掘采部署合理性进行评分；
7)重复步骤4)～6)，直至矿井评分等级为合理为止。
2.根据权利要求1所述的一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进方法，其特征在于：开拓掘进的判识指标为开拓煤量；准备掘进的判识指标为准备煤量；区域措施工程掘进的判识指标为措施煤量；保护层掘进的判识指标为保护层掘进煤量；被保护层掘进的判识指标为被保护层掘进煤量；瓦斯治理巷道掘进的判识指标为瓦斯治理煤量；保护层巷道条带有效性指标的判识指标为保护层掘进面有效长度；保护层回采有效性指标的判识指标为保护层回采面有效长度；被保护层巷道条带有效性指标的判识指标为被保护层掘进有效长度；被保护层回采有效性指标的判识指标为被保护层有效煤量；保护层瓦斯治理有效性的判识指标为瓦斯治理有效煤量。
3.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1或2中任意一项所述的方法。
4.一种突出矿井抽掘采部署合理性评判改进装置，其特征在于：包括数据采集器、微处理器、存储器和显示器；
所述存储器中存储有计算机程序；所述计算机程序在被微处理器执行时用于实现如权利要求1或2中任意一项所述的方法；
所述数据采集器将输入的指标值传递给微处理器；所述微处理器对指标值进行计算，得出突出矿井抽掘采部署合理性的总得分情况，并输出评价结果和量化值为0的二级指标到显示器显示。
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