CN112907097A - 一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，包括：步骤1，根据热害影响因素划分多个一级指标和多个二级指标，建立层次分析评价指标结构；步骤2，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，其中采用九标度法计算一级指标权重，采用五标度法计算二级指标权重。本发明提供的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，便于实施，能够针对开采热环境风险相关的多个指标采用改进层次分析法计算指标权重，提高了风险评价的全面性和综合性，为深部金属矿开采热害治理提供技术支持。

Description

一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法

技术领域

本发明涉及深部金属矿开采热害治理技术领域，特别是涉及一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法。

背景技术

现阶段，随着我国经济逐渐呈增长趋势，我国科学技术飞速发展，使得金矿深部开采技术越来越先进。随着浅部资源的减少，开采能力不断提高，开采深度也不断增加，而深部开采必然要面临深井高温热害的问题，地热增加，热害问题已经成为制约矿山安全生产、高产高效、和谐发展的瓶颈之一。高温高湿等热害问题越来越突出，在深部开采的条件下，随着开采深度的增加，地温的升高是工作条件恶化的重要原因，持续的高温将对人体的健康和工作能力造成极大的伤害，使劳动生产率大大下降，必须采取相应措施进行热害研究与治理。

深部金属矿工程开采热环境是受多种因素影响的，例如地质环境因素、机械设备放热、生产能力放热、施工过程放热以及工作人员放热等等，因此，加强深部金属矿工程开采热环境风险研究需要对多种影响因素进行综合评价，继续一种科学、合理的评价方法以为深部金属矿工程开采热环境风险研究提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，能够针对开采热环境风险相关的多个指标采用改进层次分析法计算指标权重，提高了风险评价的全面性和综合性，为深部金属矿开采热害治理提供技术支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，包括如下步骤：

步骤1，根据热害影响因素划分多个一级指标和多个二级指标，建立层次分析评价指标结构；

步骤2，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，其中采用九标度法计算一级指标权重，采用五标度法计算二级指标权重。

进一步的，步骤1中所述一级指标为5个，分别为地质环境因素、机械设备放热、生产能力放热、施工过程放热以及工作人员放热，所述二级指标为19个，分别为对应地质环境因素的围岩放热、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度，对应机械设备放热的通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热，对应生产能力放热的矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度，对应施工过程放热的矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热。

进一步的，步骤2中，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，具体包括：

建立一级指标递阶层次结构；

根据九标度法构造一级指标的判断矩阵；

计算一级指标层次单排序并进行一致性检验；

根据五标度法分别构造各一级指标下的二级指标比较矩阵；

计算各二级指标权重并进行一致性检验；

确定总层次指标权重；

对所有指标权重进行排序。

进一步的，步骤2中采用九标度法计算一级指标权重，具体包括：

步骤201，根据九标度法原则，构建风险因素一级指标的判断矩阵A_5×5；

步骤202，计算一级指标层次单排序，对判断矩阵求其对应的特征向量，即AW＝λ_maxW，其中W的分量包括W₁，W₂,...,W_n就是对应于n个要素的相对重要度，即权重系数；

步骤203，定义一致性指标：

若CI≤0.10就认为判断矩阵具有一致性。

进一步的，步骤202中，计算一级指标层次单排序，对判断矩阵求其对应的特征向量，即AW＝λ_maxW其中W的分量包括W₁，W₂,...,W_n就是对应于n个要素的相对重要度，即权重系数，具体包括：

将判断矩阵的每一列元素做归一化处理：

将归一化的判断矩阵按行相加：

对向量

归一化：

所得的w＝(w₁,w₂,...,w_n)^T为所求得特征向量，即判断矩阵的层次单排序结果，亦即权重系数。

进一步的，步骤2中采用五标度法计算二级指标权重，具体包括：

计算围岩放热、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度对地质环境因素的权重向量，并进行一致性验证；

计算通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热对机械设备放热的权重向量，并进行一致性验证；

计算矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度对生产能力放热的权重向量，并进行一致性验证；

计算矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热对施工过程放热的权重向量，并进行一致性验证。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，采用改进层次分析法计算指标权重，进行一级指标的因素重要性判定时使用九标度法则，进行两两比较时相比三标度法有更大范围的重要度区分；利用五标度法构造二级指标比较矩阵，既避免了九标度法判断界限的模糊性，又克服了三标度法判断界限过于简单的问题；最后根据各指标权重排序评价开采热环境风险，为深部金属矿开采热害治理提供技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例深部金属矿工程开采热环境风险评价方法流程示意图；

图2为层次分析评价指标结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，能够针对开采热环境风险相关的多个指标采用改进层次分析法计算指标权重，提高了风险评价的全面性和综合性，为深部金属矿开采热害治理提供技术支持。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为发明实施例深部金属矿工程开采热环境风险评价方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，包括如下步骤：

步骤1，根据热害影响因素划分多个一级指标和多个二级指标，建立层次分析评价指标结构；

步骤2，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，其中采用九标度法计算一级指标权重，采用五标度法计算二级指标权重。

如图2所示，步骤1中所述一级指标为5个，分别为地质环境因素、机械设备放热、生产能力放热、施工过程放热以及工作人员放热，所述二级指标为19个，分别为对应地质环境因素的围岩放热、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度，对应机械设备放热的通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热，对应生产能力放热的矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度，对应施工过程放热的矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热。

步骤2中，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，具体包括：

建立一级指标递阶层次结构；

根据九标度法构造一级指标的判断矩阵；

计算一级指标层次单排序并进行一致性检验；

根据五标度法分别构造各一级指标下的二级指标比较矩阵；

计算各二级指标权重并进行一致性检验；

确定总层次指标权重；

对所有指标权重进行排序。

利用层次分析法确定比较矩阵时，一般采用三标度法和九标度法。九标度法在对指标因素进行两两比较时相比三标度法有更大范围的重要度区分。为此，本节在进行一级指标的因素重要性判定时使用九标度法则。但有时，使用九标度法时很难对指标的重要程度作出严谨区分，造成判断界限模糊。又三标度法的判断界限又过于简单，使得各素间的区分度不高。因此，提出一种五标度法，在构造二级指标比较矩阵时，既避免了九标度法判断界限的模糊性，又克服了三标度法判断界限过于简单的问题。五标度法其形式简单，可以更加容易地对两两因素的相对重要性做出比较，如表1所示。

表1五标度法赋值原则

步骤2中采用九标度法计算一级指标权重，具体包括：

步骤201，根据九标度法原则，构建风险因素一级指标的判断矩阵A_5×5；

步骤202，计算一级指标层次单排序，对判断矩阵求其对应的特征向量，即AW＝λ_maxW，其中W的分量包括W₁，W₂,...,W_n就是对应于n个要素的相对重要度，即权重系数；具体包括：

将判断矩阵的每一列元素做归一化处理：

将归一化的判断矩阵按行相加：

对向量

归一化：

所得的w＝(w₁,w₂,...,w_n)^T为所求得特征向量，即判断矩阵的层次单排序结果，亦即权重系数；例如：

得到排序结果：w＝(0.6163,0.1700,0.0976,0.0759,0.0402)^T，λ_max＝5.0010；

步骤203，定义一致性指标：

若CI≤0.10就认为判断矩阵具有一致性。

其中，CI＝0有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI越大，不一致越严重。

为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI，如表2所示，方法为随机构造500个成对比较矩阵A₁,A₂,...,A₅₀₀,则可得一致性指标CI₁,CI₂,...,CI₅₀₀，

表2Saaty结果—随机一致性指标RI

定义一致性比率：

一般，当一致性比率

时，认为A的不一致性程度在容许范围内，有满意的一致性，通过一致性检验，可用其归一化特征向量作为权向量，否则要重新构造成对比较矩阵A，对a_ij加以调整。

一致性检验：利用一致性指标和一致性比率＜0.1及随机一致性指标的数值表，对A进行检验的过程。

所以CI接近于0，有满意的一致性。

由此可知通过一致性检验，一级指标的权向量为w＝(0.6163,0.1700,0.0976,0.0759,0.0402)^T。

步骤2中采用五标度法计算二级指标权重，具体包括：

计算围岩放热d1、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度对地质环境因素的权重向量，并进行一致性验证；即，计算d₁,d₂,d₃,d₄,d₅,d₆对指标E₁的权重向量，首先构造比较矩阵：

得到排序结果：w_B1＝(0.5519,0.0610,0.1211,0.1331,0.0877,0.0452)^Tλ_max＝6。

一致性检验：

所以CI等于0，有满意的一致性。

由此可知通过一致性检验，二级指标对E₁的权向量为w_B1＝(0.5519,0.0610,0.1211,0.1331,0.0877,0.0452)^T；

因此指标d₁的权重系数为：0.6163×0.5519＝0.3401；指标d₂的权重系数为：0.6163×0.0610＝0.0376；指标d₃的权重系数为：0.6163×0.1211＝0.0746；指标d₄的权重系数为：0.6163×0.1331＝0.0820；指标d₅的权重系数为：0.6163×0.0877＝0.0540；指标d₆的权重系数为：0.6163×0.0452＝0.0279。

计算通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热对机械设备放热的权重向量，并进行一致性验证；即计算d₇,d₈,d₉,d₁₀,d₁₁对指标E₂的权重向量，首先构造比较矩阵：

得到排序结果：w_B2＝(0.1042,0.0740,0.3019,0.3173,0.2026)^Tλ_max＝4.9999；

一致性检验：

CI接近于0，有满意的一致性。

由此可知通过一致性检验，所以二级指标对E₂的权向量为w_B2＝(0.1042,0.0740,0.3019,0.3173,0.2026)^T，因此指标d₇的权重系数为：0.1700×0.1042＝0.0177；指标d₈的权重系数为：0.1700×0.0740＝0.0126；指标d₉的权重系数为：0.1700×0.3019＝0.0513；指标d₁₀的权重系数为：0.1700×0.3173＝0.0539；指标d₁₁的权重系数为：0.1700×0.2026＝0.0344。

计算矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度对生产能力放热的权重向量，并进行一致性验证；计算矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热对施工过程放热的权重向量，并进行一致性验证；即分别计算二级指标d₁₂,d₁₃,d₁₄,d₁₅,d₁₆对一级指标E₃的权重向量以及二级指标d₁₇，d₁₈，d₁₉对一级指标E₄的权重向量：

得到排序结果：

①w_B3＝(0.3639,0.2552,0.1563,0.1238,0.1008)^Tλ_max＝5.0002

一致性检验：

CI接近于0，有满意的一致性。

由此可知通过一致性检验，所以E₂的权向量为w_B3＝(0.3639,0.2552,0.1563,0.1238,0.1008)^T。

因此指标d₁₂的权重系数为：0.0976×0.3639＝0.0355；指标d₁₃的权重系数为：0.0976×0.2552＝0.0249；指标d₁₄的权重系数为：0.0976×0.1563＝0.0153；指标d₁₅的权重系数为：0.0976×0.1238＝0.0121；指标d₁₆的权重系数为：0.0976×0.1008＝0.0098。

②w_B4＝(0.1416,0.5247,0.3337)^Tλ_max＝2.9999

一致性检验：

CI接近于0，有满意的一致性。

由此可知通过一致性检验，所以E₂的权向量为w_B4＝(0.1416,0.5247,0.3337)^T。

因此指标d₁₇的权重系数为：0.0759×0.1416＝0.0107；指标d₁₈的权重系数为：0.0759×0.5247＝0.0398；指标d₁₉的权重系数为：0.0759×0.3337＝0.0253。

根据表3确定的各评价因素的指标权重可知，在5个一级指标中地质环境因素对矿井热害影响最大，而工作人员放热对热害影响最小，但这是不可忽略的一项指标。而19个二级指标中，围岩放热权重系数排序为1，因此围岩放热是对矿井热害贡献率最大的，其次是地下热水涌出、设备放热等影响因素。

表3各评价指标汇总

本发明提供的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，采用改进层次分析法计算指标权重，进行一级指标的因素重要性判定时使用九标度法则，进行两两比较时相比三标度法有更大范围的重要度区分；利用五标度法构造二级指标比较矩阵，既避免了九标度法判断界限的模糊性，又克服了三标度法判断界限过于简单的问题；最后根据各指标权重排序评价开采热环境风险，为深部金属矿开采热害治理提供技术支持。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，包括以如下步骤：

步骤1，根据热害影响因素划分多个一级指标和多个二级指标，建立层次分析评价指标结构；

步骤2，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，其中采用九标度法计算一级指标权重，采用五标度法计算二级指标权重。

2.根据权利要求1所述的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，步骤1中所述一级指标为5个，分别为地质环境因素、机械设备放热、生产能力放热、施工过程放热以及工作人员放热，所述二级指标为19个，分别为对应地质环境因素的围岩放热、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度，对应机械设备放热的通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热，对应生产能力放热的矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度，对应施工过程放热的矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热。

3.根据权利要求2所述的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，步骤2中，根据建立的层次分析评价指标结构，采用改进层次分析法计算各个指标权重，根据各指标权重排序评价开采热环境风险，具体包括：

建立一级指标递阶层次结构；

根据九标度法构造一级指标的判断矩阵；

计算一级指标层次单排序并进行一致性检验；

根据五标度法分别构造各一级指标下的二级指标比较矩阵；

计算各二级指标权重并进行一致性检验；

确定总层次指标权重；

对所有指标权重进行排序。

4.根据权利要求3所述的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，步骤2中采用九标度法计算一级指标权重，具体包括：

步骤201，根据九标度法原则，构建风险因素一级指标的判断矩阵A_5×5；

步骤202，计算一级指标层次单排序，对判断矩阵求其对应的特征向量，即AW＝λ_maxW，其中W的分量包括W₁，W₂,...,W_n就是对应于n个要素的相对重要度，即权重系数；

步骤203，定义一致性指标：

若CI≤0.10就认为判断矩阵具有一致性。

5.根据权利要求4所述的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，步骤202中，计算一级指标层次单排序，对判断矩阵求其对应的特征向量，即AW＝λ_maxW其中W的分量包括W₁，W₂,...,W_n就是对应于n个要素的相对重要度，即权重系数，具体包括：

将判断矩阵的每一列元素做归一化处理：

将归一化的判断矩阵按行相加：

对向量

归一化：

所得的w＝(w₁,w₂,...,w_n)^T为所求得特征向量，即判断矩阵的层次单排序结果，亦即权重系数。

6.根据权利要求3所述的深部金属矿工程开采热环境风险评价方法，其特征在于，步骤2中采用五标度法计算二级指标权重，具体包括：

计算围岩放热、地表大气、地下热水温度、地下热水涌出量、空气压缩放热、地热梯度对地质环境因素的权重向量，并进行一致性验证；

计算通风设备、照明设备、采掘机械设备放热、降温设备、水泵放热对机械设备放热的权重向量，并进行一致性验证；

计算矿井年产量、掘进工作面数量、采矿工作面数量、巷道长度、工作面深度对生产能力放热的权重向量，并进行一致性验证；

计算矿石氧化放热、爆破工作放热、充填体放热对施工过程放热的权重向量，并进行一致性验证。

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