CN113344403A - 一种采空区建设场地的稳定性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采空区建设场地的稳定性评价方法，包括筛选若干影响采空区建设场地稳定性的指标；根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重；构建各个指标的状态变权向量，并结合指标的常权权重得出各个指标的变权权重向量；根据后悔理论建立采空区稳定性评价属性值矩阵，并与变权权重向量结合确定出采空区建设场地的稳定性等级；本发明通过构建详细的评价指标体系，能够全面的评价采空区建设场地的稳定性；同时利用变权理论对常权权重进行修正，这样评价指标的权重就会随着采空区的实际情况而变化，能够较为准确考虑到指标对稳定性的影响。

Description

一种采空区建设场地的稳定性评价方法

技术领域

本发明属于稳定性评价方法领域，尤其是采空区建设场地的稳定性评价方法领域。

背景技术

我国是世界产煤大国，煤炭作为我国基础能源，促进科技发展和社会进步，同时也为国民经济做出了卓越贡献。但近年来，由于不断开采煤炭，对生态环境造成严重破坏，如地面沉降、建筑物破坏、污染水排放和重金属污染，已引起国际学者在该领域的广泛关注；同时，长期的高强度煤炭开采造成土地资源严重紧缺，制约着资源型城市的转型发展，而对采空区上方土地资源进行有效的开发利用是缓解这一紧张局面的有力措施；由于老采空区地表具有长期的残余变形特征，可能会破坏拟建工程的稳定性，影响其安全使用；因此在对老采空区上方土地资源进行开发建设时，有必要对建设场地进行准确的稳定性评判；

以往对采空区上方建设场地进行稳定性评判主要采用数值模拟法、力学解析法；随着非线性理论的发展，广大的专家学者倾向于采用该方法评价采空区上方建设场地的稳定性，并取得了一定的成果；例如1、基于最小势能理论建立一种新的采空区稳定性分析模型，通过对采空区进行长期稳定性分析，能够准确确定最大地面沉降量；2、利用事故树理论建立了采空区稳定性评价模型，通过比对各影响因素的发生概率，可以分析出采空区上方建筑物的稳定性；3、在突变理论的基础上采用突变级数法，根据各评价指标的相对重要性，获得了采空区稳定性的评价结果，为采空区上方建设场地的开发利用提供了有效的科学指导；4、通过构建建设场地稳定性评价体系，收集已有场地稳定性评价数据并进行聚类分析，最终可以确定出待评价场地区域的稳定性状态；

虽然以上研究方法对于建设场地的稳定性评价有着一定的指导意义；但是采空区建设场地具有复杂性，在以往的稳定性评价过程中指标通常采用常权重，一旦当主要评价指标的值发生较大变化，而权重却依旧保持不变时，就会忽略该评价指标对建设场地稳定性的影响，从而降低评判结果的可靠性。

发明内容

为了解决上述当稳定性评价指标的值发生较大变化时，忽略指标变化对建设场地稳定性的影响，会降低评判结果的可靠性的问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种采空区建设场地的稳定性评价方法,包括以下步骤；

S1、筛选若干影响采空区建设场地稳定性的指标；

S2、根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重；

S3、构建各个指标的状态变权向量，并结合指标的常权权重得出各个指标的变权权重；

S4、根据后悔理论建立采空区稳定性评价属性值矩阵，并与变权权重结合确定出采空区建设场地的稳定性等级。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S1中影响采空区建设场地稳定性的指标至少包括一级指标和二级指标，所述一级指标包括水文地质条件U1、开采技术条件U2、场地变形特征U3和外界扰动因素U4；所述一级指标水文地质条件U1中包括构造复杂程度U11、覆岩结构特征U12、水文特征U13；所述一级指标开采技术条件U2中包括开采方法U21、煤层倾角U22、深厚比U23、采动程度U24、停采时间U25；所述一级指标开采技术条件U3中包括变形机理U31、潜在移动变形U32；所述一级指标开采技术条件U4中包括相对位置U41、外荷载扰动深度U42。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重的方法包括以下步骤：

S21、构建关于评价指标的三角模糊判断矩阵A＝(a_ij)_n×n，其中a_ij＝(a_lij,a_mij,a_uij)为三角模糊数；

S22、通过构建三角函数M(l,m,u)的期望值E(M)对判断矩阵进行模糊化处理，三角函数M(l,m,u)的期望值E(M)为：

E(M)＝[(1-λ)l+m+λu]/2 0≤λ≤1

其中，λ为模糊化系数，取值与决策者的愿意承担风险指数有关；

S23、计算各级指标的常权权重向量w＝(w1,w2,…,wn)T；

其中，

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、构建标准化决策矩阵X＝(x_ij)_m×m，

其中，

p_ij表示第i个待评价对象的第j个指标的取值；

S32、构建指数型状态变权向量S(Xi)＝(S₁(X_i),…,S_n(X_i))，j＝1,…,n；α≥0；0<β≤1；

其中，

β为惩罚水平，α为激励水平；

S33、结合状态变权向量和常权权重向量，计算出各评价指标的变权权重；

其中，w_j为第j个指标的常权权重。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S4包括以下步骤；

S41、建立采空区评价指标的属性值矩阵；

S42、构建后悔值矩阵；

其中，不同属性值b_ij的函数效应值v_ij，v(x)＝x^θ；式中，1>θ>0；

S43、构建后悔—欣喜函数值

式中，δ>0为后悔规避系数，v_ab为方案A和B效用值的差值；

S44、由效应值v_ij和后悔—欣喜函数值R_ij构建决策者的效用感知函数矩阵

其中，q_ij＝v_ij+R_ij；

S46、将各级评价指标加权求和；

其中，

式中，n＝(1,2,3)为一级指标的顺序，N为各一级指标所包含的二级指标数量；

S47、得到该采空区的稳定性系数G，确定出稳定性等级；

式中，w_j为不同属性的权重。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S41还包括有效性分析，所述有效性分析包括以下步骤,

S411、确定评价指标的效度系数；

指标f_i的效度系数为

其中，属性值矩阵F＝{f₁,f₂,…,f_i,…,f_n}，参加矩阵构造的专家人数为S，专家j对评价指标的评分集为T＝{t_1j,t_2j,…,t_ij,…,t_nj}，式中M为指标f_i的评分集中最大值；

为评价指标f_i得分平均值，即

S412、确定属性值矩阵F的效度系数

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S41还包括可靠性分析，所述可靠性分析包括以下步骤：

S413、确定评价指标的相关系数；

其中，专家组评分的平均数据组U＝{u₁,u₂,…,u_i,…,u_n}，式中，

S414、确定属性值矩阵的相关系数为

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过构建详细的评价指标体系，能够全面的评价采空区建设场地的稳定性；

3.利用变权理论对常权权重进行修正，这样评价指标的权重就会随着采空区的实际情况而变化，能够较为准确考虑到指标对稳定性的影响；

3.利用后悔理论构造矩阵，并采用效度系数和相关系数对矩阵的有效性和可靠性进行了分析，大大降低主观因素对评价结果的影响。

附图说明

图1是本发明中稳定性评价方法的步骤示意图；

图2是本发明的各沉降观测点沉降速率变化示意图；

图3是本发明中各沉降观测点累计沉降量变化示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1至图3所示的一种采空区建设场地的稳定性评价方法，包括以下步骤；

S1、筛选若干影响采空区建设场地稳定性的指标，形成指标体系，该体系该体系涵盖构造复杂程度、覆岩结构特征、采空区深厚比、相对位置等12个评价指标，能够全面的评价采空区建设场地的稳定性；

S2、根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重；

S3、根据变权理论构建各个指标的状态变权向量，并结合指标的常权权重得出各个指标的变权权重向量；

S4、根据后悔理论建立采空区稳定性评价属性值矩阵，并采用效度系数和相关系数对矩阵的有效性、可靠性进行分析，再将矩阵与所得的变权权重进行几何加权平均，从而得出采空区建设场地的稳定性等级。

一、筛选若干影响采空区建设场地稳定性的指标，形成评价指标体系；

由于影响采空区建设场地稳定性的指标众多，综合考虑采空区实际情况以及参考相关文献，本申请从水文地质条件U1、开采技术条件U2、场地变形特征U3和外界扰动因素U4的四方面构建了采空区建设场地稳定性评价的指标体系；其中，盖体包括四个一级指标，每个一级指标下包括多个二级指标，共计四个一级指标和十二个二级指标；具体分布如下表1：

表1、影响采空区建设场地稳定性的指标体系

部分上述评价指标对采空区建设场地稳定性的影响机理如下；

(1)构造复杂程度U11；矿井地质构造的复杂程度主要通过断层密度来影响建设场地的稳定性，岩层之间存在一种连续性关系，当断层密度值过高时就会破坏这种关系，并且释放大量的弹性变形能存在于断层或岩体裂隙中，从而影响建设场地的稳定。

(2)覆岩结构特征U12；建设场地的稳定性与上覆岩层的类型有关，若为软弱岩石时，地表沉陷速度稳且快，对建设场地影响较小，稳定等级较高；当上覆岩层为坚硬岩石时，建设场地的地表沉降较慢，稳定性较差。

(3)水文特征U13；地下水对岩土体有着润滑功能，使岩土软化、力学性能减弱，降低采空区围岩的稳定性，对于稳定性存在一定的影响。

(4)开采方法U21；开采方法的不同，对上方建设场地的稳定性影响也不一样，使用长壁式方法对工作面进行开采时，通常会造成岩石冒落和发生开裂性破坏，并会引起地表出现塌陷，导致上方建设场地的稳定性较差；采用部分开采的采煤方法可以有效的控制覆岩与地表移动，可以保障上方建设场地处于稳定状态。

(5)煤层倾角U22；煤层倾角为煤层层面与水平面的夹角，煤层倾角越大，会加剧地表的不均匀沉降、增大地表的水平变形，从而降低建设场地的稳定性。

(6)深厚比U23；采空区深厚比为煤层开采深度与开采厚度的比值，深厚比越大，对覆岩变形的破坏程度越小，其对于上方建设场地的稳定性影响也就越小；反之，比值越小，对于覆岩的变形破坏会更加激烈，覆岩破坏将会迅速传递到地表，影响上方建设场地的稳定性。

(7)采动程度U24；采空区的采动程度不同，其上方建设场地的稳定性存在较大的差异性，若采动为充分采动，采空区的覆岩破坏已较为充分，且覆岩和地表所产生的移动变形较大，此时建设场地的稳定性较高；若采动为非充分采动，此时的采空区覆岩破坏不充分，在外界荷载的扰动下会诱发老采空区产生“活化”现象，进而降低上方建设场地的稳定性；当采动属于极不充分采动时，采动覆岩被破坏的程度较小或未被破坏，此时对上方建设场地的稳定性影响微乎其微。

(8)停采时间U25；开采时间越长，采空区所发生的移动变形就越充分，地表残余沉降就越小，建设场地的稳定性就越高。

(9)变形机理U31；现阶段沉降变形会引起地表产生不均匀沉降、倾斜甚至开裂变形，会对建设场地产生极大的影响；残余移动变形通过破坏岩层的连续性，在断层处不断积累弹性势能，诱发采空区“活化”，进而使上方建设场地不稳定。

(10)相对位置U41；相对位置为建设场地到采空区中央的距离与采空区一半长度的比值，当建设场地位于采空区中央上方或采空区边界之外，此时地表残余变形对其影响不大，该建设场地的稳定性较高，当建设场地位于采空区边界上方时，由于该区域存在较多的空洞、空隙，可能会产生较大的残余变形，从而降低建设场地的稳定性。

(11)外荷载扰动深度U42；外荷载越大，其扰动深度越深，当达到一定程度时，其采空区内部岩体的平衡状态会受到扰动而再次产生失稳和破坏，极大的影响其采空区上方建设场地的稳定性和安全性。

二、通过三角模糊层次分析法确定评价指标的常权权重，

(1)构造递阶层次结构模型

根据选取的评价指标，基于改进的三角模糊层次分析法，建立以目标层、准则层和指标层为结构的层次结构模型。

(2)建立三角模糊判断矩阵

组织并邀请专家，对同一层次中的指标相互比较，假设每位专家的权威性一致，结合表2的0.1～0.9的模糊标度法，构建关于评价指标的三角模糊判断矩阵。

表2模糊标度表

为客观地评判各个指标的权重，需要对所构建的矩阵进行模糊化处理，以消除专家评价偏好或者偏坏程度过高对稳定性评价的不良影响，其模糊化原理如式(1)所示；设三角函数M(l,m,u)的期望值E(M)为：

E(M)＝[(1-λ)l+m+λu]/2 0≤λ≤1 (1)

其中，λ为模糊化系数，取值与决策者的愿意承担风险指数有关，本文λ＝0.5。

(3)判断矩阵一致性检验

①层次单排序及一致性检验

式中，CI为一致性指标值，λ_max为模糊互反判断矩阵的最大特征根，RI为随机一致性指标，取值如表3所示；

若CR<0.1时，则矩阵通过检验；反之则不通过。

表3随机一致性指标RI的取值

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0	0	0.58	0.9	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

②层次总排序及一致性检验

层次总排序的一致性检验可由式(4)计算得出：

式中，a_i为指标A_i所对应的层次单排序权值；CI_i为相对A_i单排序的一致性指标；RI_i为相对A_i单排序的平均随机一致性指标。

当CR<0.1时，则层次总排序通过一致性检验，可以计算各指标的权值。

(4)计算各指标的常权权重

设三角模糊判断矩阵为A＝(a_ij)_n×n，其中a_ij＝(a_lij,a_mij,a_uij)为三角模糊数。则利用式(5)可求出三角模糊数权重w＝(w₁,w₂,…,w_n)^T。

为科学合理的判定采空区上方建设场地的稳定性，需要先计算出评价指标的权重；

基于三角模糊层次分析法计算评价指标的常权权重，具体步骤如下：

(1)为确定评价指标的常权权重，组织并邀请了3位专家，采用表2所示的0.1～0.9的模糊标度法，通过对一级指标进行两两比较构造出三角模糊数互补判断矩阵，如下式(27)所示；

根据式(1)对C₁进行模糊化处理，然后对模糊化后的矩阵求解模糊互反判断矩阵，并进行一致性检验。

最终的检验结果为0.00037，通过一致性检验；

然后利用式(5)计算出一级指标的权重，并根据式(1)对权重进行模糊化处理，得到一级指标权重向量：

w＝[0.2002,0.3136,0.2564,0.2298]

(2)构造二级指标的三角模糊数互补判断矩阵，结果如下：

矩阵的层次单排序一致性检验结果分别为0.00086、0.01516、0和0，通过一致性检验；矩阵的层次总排序一致性检验结果为0.0105，通过一致性检验；

利用式(5)计算各级指标权重，然后根据式(1)进行模糊化处理，再对结果标准化后所得的结果如表4所示；

表4二级指标权重向量

三、根据变权理论构建各个指标的状态变权向量，并结合指标的常权权重得出各个指标的变权权重向量；

变权理论的实质是在常权重向量的基础上，引入状态变权向量，然后将常权向量与状态变权向量相互结合构成变权向量，从而确保评价指标的权重值可以通过指标的状态或者具体指标变化情况而发生改变^[20]。

假设有n个待评价对象和m个评价指标，则多属性评价矩阵为：

式中，p_ij表示第i个待评价对象的第j个指标的取值。

(1)归一化指标矩阵

为了使决策矩阵中不同的指标间具有可比性、公度性，按照如下公式对矩阵进行归一化处理，构造出标准化决策矩阵X＝(x_ij)_m×m。

(2)构造状态变权向量

指数型状态变权向量由于具有参数设置灵活、决策要求体现明显、扩展能力强等优点，在众多研究中得到广泛应用，是一种较为合理的状态变权向量，其构造公式为：

构造状态变权向量S(Xi)＝(S₁(X_i),…,S_n(X_i))，j＝1,…,n；α≥0；0<β≤1；式中，β为惩罚水平，α为激励水平，在本文中，α＝0.5，β＝0.3；

(3)计算常权权重

本文采用三角模糊层次分析法来确定各指标的常权向量w＝(w₁,w₂,…,w_n)。

(4)变权向量矩阵

综合考虑状态变权向量与评价指标的常权权重，按照下式计算出各评价指标的变权权重。

其中，w_j为第j个指标的常权权重；

根据研究区域的实际情况，对评价指标进行量化处理，结果如表5所示。

表5采空区指标实测数据

根据表5中的数据，先将水文地质条件的实测值代入式(6)中，得到初始矩阵A。

先对矩阵A进行归一化处理并构造出状态变权向量，再结合常权权重计算可以得到Hardarmard乘积，最后通过式(9)得到采空区水文地质条件的变权向量矩阵：

同理，可以得到开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的变权向量，将常权权重与变权权重进行汇总，如表6所示；

表6各评价指标的权重结果

四、根据后悔理论建立采空区稳定性评价属性值矩阵，并采用效度系数和相关系数对矩阵的有效性、可靠性进行分析，再将矩阵与所得的变权权重进行几何加权平均，从而得出采空区建设场地的稳定性等级。

1、后悔理论

根据后悔理论的基本思想，决策者的决策主要受两个因素影响：一是选择备择对象所能够获得的结果效用，即效用系数；二是预期后悔和预期欣喜，即后悔-欣喜系数；后悔理论基本模型是在期望效用理论基础上引进“后悔”，以个体在“无作为”时对结果的心理体验为基线，加入后悔函数，提出了一个修正的预期效用函数模型。

令x和y分别表示选择方案A和B所能获得的结果，则决策者对方案A的感知效应为：

U(x,y)＝v(x)+r(v(x)-v(y)) (10)

其中，函数v(x)和v(y)分别表示决策者从方案A和方案B得到的效用函数，r(v(x)-v(y))为后悔—欣喜函数。

设A₁,A₂,…,A_m为m个备选方案，其中A_i表示第i个备选方案，i＝1,2,…,m；x₁,x₂,…,x_m分别为方案A₁,A₂,…,A_m的结果，那么决策者对方案A_i的感知效用为

U_i＝v(x_i)+r(v(x_i)-v(x^*)) (11)

其中，x^*＝max{x_i}。

2、有效性分析

本文采用效度系数来判定属性值矩阵的有效性。

设属性值矩阵F＝{f₁,f₂,…,f_i,…,f_n}，参加矩阵构造的专家人数为S，专家j对评价指标的评分集为T＝{t_1j,t_2j,…,t_ij,…,t_nj}，定义指标f_i的效度系数为

式中，M为指标f_i的评分集中最大值；

为评价指标f_i得分平均值，可由式(13)计算得出

则属性值矩阵F的效度系数为

一般情况下，当属性值矩阵效度系数小于0.1时，则该属性值矩阵的有效性较高。

3、可靠性分析

本文采用相关系数来反映属性值矩阵的可靠性，其理论基础如下：

设专家组评分的平均数据组U＝{u₁,u₂,…,u_i,…,u_n}，其中

则属性值矩阵的相关系数为

式中，ρ_j可由式(17)计算得出

式中，

和

可分别由式(18)和(19)计算得出

一般情况下，当ρ属于(0.90，1.00)可认为该评价指标体系的可靠性较高，当ρ属于(0.80，0.90)可认为该评价指标体系的可靠性一般，当ρ属于(0，0.80)可认为该评价指标体系的可靠性较差。

4、稳定性具体确定步骤

本文提出的后悔理论模型求解步骤如下：

(1)建立指标的属性值矩阵

根据采空区的实际情况和所构建的指标体系，建立采空区评价指标的属性值矩阵，并对矩阵进行有效性和可靠性分析，若矩阵满足有效性和可靠性，则进行下一步骤；若不满足，则重新构造属性值矩阵。

(2)建立理想点

式中，

为第n个指标的理想点，取最小值。

(3)构建后悔值矩阵

计算不同属性值b_ij的函数效应值v_ij，见式(21)。

v(x)＝x^θ (21)

式中，1>θ>0，θ越小，表明决策者越规避风险，本文θ取0.3。

(4)构建感知效用矩阵

计算各方案的后悔值，需要构建后悔-欣喜函数R(·)，决策者的后悔—欣喜函数值表示如下^[27]。

式中，δ>0为后悔规避系数，δ越大，决策者对于后悔的规避程度也越明显。v_ab为方案A和B效用值的差值，本文δ＝0.88。

再由式(21)和式(22)构建决策者的效用感知函数矩阵为：

q_ij＝v_ij+R_ij (24)

(5)确定各个属性值的权重

运用三角模糊层次分析法算出各评价指标的常权权重，考虑到影响采空区建设场地稳定性的指标错综复杂，以及指标间的相互作用后，指标的权重可能也会发生变化，因此再基于变权理论得到变权权重。

(6)指标加权求和

式中，n＝(1,2,3)为一级指标的顺序，N为各一级指标所包含的二级指标数量。

(7)计算每个采空区建设场地的稳定性评价结果

构建方案A_i在不同属性之下的综合感知效用值，计算公式见式(26)。

式中，w_j为不同属性的权重。

5、稳定等级的具体确定

为了科学准确的评判采空区建设场地稳定性等级，基于后悔理论构建后悔效用值矩阵，通过计算稳定性系数来确定各建设场地的稳定性等级。

具体步骤如下所示：

1.确定出稳定性的评语集

为了更好地确定采空区的稳定性，将采空区的稳定性等级分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四个等级，并将稳定性系数Q(Q∈[1,10])等区间划分。

具体的稳定性系数与稳定性等级的关系如表7所示。

表7采空区稳定性等级划分

稳定性等级	不稳定	欠稳定	基本稳定	稳定
					稳定性系数	1≤Q<3.25	3.25≤Q<5.50	5.50≤Q<7.75	7.75≤Q≤10

2.采空区稳定等级判定

为确定采空区建设场地的稳定性等级，邀请5位专家根据采空区的实际情况对采空区的12个二级评价指标进行判定打分，再依据后悔理论建立采空区稳定性评价属性值矩阵。

以小窑采空区为例，叙述确定采空区建设场地稳定性等级的具体流程。

首先，根据小窑采空区的实际情况，邀请5位专家分别构造水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的属性值矩阵H₁，H₂，H₃，H₄。

根据式(12)～式(19)计算得到小窑采空区属性值矩阵的效度系数和相关系数，如表8所示。

表8小窑采空区属性值矩阵分析

由表8可知，小窑采空区评价指标属性值矩阵的有效性较高，并且专家对于小窑采空区的指标属性评价结果差异小，可靠性较高；

然后结合后悔理论与变权权重，对小窑采空区水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的各种指标进行加权求和，可以得到该采空区的稳定性系数G。

由结果可知，小窑采空区的稳定性等级属于欠稳定级别。

同理，根据18101采空区的实际情况，分别构造水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的属性值矩阵H₁，H₂，H₃，H₄。

同理，根据18041采空区的实际情况，分别构造水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的属性值矩阵H₁，H₂，H₃，H₄。

同理，根据21201采空区的实际情况，分别构造水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动因素的属性值矩阵H₁，H₂，H₃，H₄。

根据式(12)～式(19)计算得到18101、18041和21201工作面属性值矩阵的效度系数和相关系数，如表9所示。

表9其余工作面属性值矩阵的效度系数和相关系数

由表9可知，18101、18041和21201工作面评价指标属性值矩阵的有效性较高，并且专家对于各工作面的指标属性评价结果差异小，可靠性较高；

根据各个采空区的属性值矩阵，结合评价指标的变权权重，按照小窑采空区稳定性等级确定的流程，分别确定其余采空区稳定性等级，整理汇总结果如下表10所示。

表10采空区的稳定性系数及等级

工作面名称	稳定性系数	稳定性等级
			小窑采空区	3.8450	欠稳定
18101	5.5567	基本稳定
			18041	5.5832	基本稳定
21201	5.7579	基本稳定

五、评估结果的验证

为了验证评估结果的正确性，进行现场测量，每期测量工作均采用相同的观测路线和方法，使用同一套测量仪器和设备，固定观测人员，在基本相同时刻、温度等条件下进行工作；最后的测量结果如附图2和附图3所示；其中，横轴均表示不同的测量时间；由附图2和附图3可知，沉降先增大后趋于稳定，最大沉降量约为2.4mm，最大沉降速率约为0.13mm/d；因此，可以认为建设场地基本稳定；小窑采空区实测资料缺少，埋深较浅且采空区范围内多为积水区，曾引起局部地面塌陷，因此判定为欠稳定等级，间接证明了评估结果的可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：包括以下步骤；

S1、筛选若干影响采空区建设场地稳定性的指标，形成多级指标体系；

S2、根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重向量；

S3、引入各个指标的状态变权向量，并结合指标的常权权重向量得出各个指标的变权权重；

S4、通过变权权重结合后悔理论得到采空区的稳定性系数G，从而确定出采空区建设场地的稳定性等级。

2.根据权利要求1所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S1中影响采空区建设场地稳定性的多级指标体系至少包括一级指标和二级指标，所述一级指标包括水文地质条件U1、开采技术条件U2、场地变形特征U3和外界扰动因素U4；所述一级指标水文地质条件U1中包括构造复杂程度U11、覆岩结构特征U12、水文特征U13；所述一级指标开采技术条件U2中包括开采方法U21、煤层倾角U22、深厚比U23、采动程度U24、停采时间U25；所述一级指标开采技术条件U3中包括变形机理U31、潜在移动变形U32；所述一级指标开采技术条件U4中包括相对位置U41、外荷载扰动深度U42。

3.根据权利要求2所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S2中根据三角模糊层次分析法确定出各个指标的常权权重的方法包括以下步骤：

S21、基于多级指标体系，建立同级评价指标的三角模糊判断矩阵A＝(a_ij)_n×n，其中a_ij＝(a_lij,a_mij,a_uij)为三角模糊数；

S22、基于三角模糊判断矩阵A＝(a_ij)_n×n，计算各级评价指标的常权权重向量w＝(w1,w2,…,wn)^T；

其中，a_ij＝(a_lij,a_mij,a_uij)为三角模糊数。

4.根据权利要求3所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S21和步骤S22之间还包括以下步骤，

S23、基于模糊化原理对三角模糊判断矩阵进行模糊化处理，其中，模糊化原理关系为三角函数M(l,m,u)的期望值E(M)；

三角函数M(l,m,u)的期望值E(M)为：

E(M)＝[(1-λ)l+m+λu]/2 0≤λ≤1

其中，λ为模糊化系数，取值与决策者的愿意承担风险指数有关。

5.根据权利要求4所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S3中具体包括以下步骤：

S31、对判断矩阵A＝(a_ij)_n×n进行归一化处理，并构建标准化决策矩阵X＝(x_ij)_m×m，其中，

p_ij表示第i个待评价对象的第j个指标的取值；

S32、基于标准化决策矩阵X＝(x_ij)_m×m，构建指数型状态变权向量S(Xi)＝(S₁(X_i),…,S_n(X_i))，j＝1,…,n；α≥0；0<β≤1；

其中，

β为惩罚水平，α为激励水平；

S33、结合步骤S32得到的状态变权向量S(X_i)和步骤S22得到的常权权重向量W，计算出各评价指标的变权权重W(X)；

其中，w_j为第j个指标的常权权重。

6.根据权利要求5所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S4包括以下步骤；

S41、建立采空区评价指标的属性值矩阵F＝{f₁,f₂,…,f_i,…,f_n}；

S42、计算属性值矩阵F中不同属性值的函数效应值v_ij；

v(x)＝x^θ；式中，1>θ>0；θ表明决策者规避风险的倾向；

S43、构建后悔—欣喜函数R获取方案A和方案B的后悔值；

决策者的值后悔—欣喜函数值

式中，δ>0为后悔规避系数，v_ab为方案A和B效用值的差值；

S44、由属性值的效应值v_ij和后悔—欣喜函数值R_ij构建决策者的效用感知函数矩阵

其中，q_ij＝v_ij+R_ij；

S46、将各级评价指标加权求和；

其中，

式中，n＝(1,2,3)为一级指标的顺序，N为各一级指标所包含的二级指标数量；

S47、得到采空区的稳定性系数G，确定出稳定性等级；

式中，w_j为不同属性的权重。

7.根据权利要求6所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S41还包括有效性分析，所述有效性分析包括以下步骤,

S411、确定评价指标的效度系数β；

指标f_i的效度系数为

其中，属性值矩阵F＝{f₁,f₂,…,f_i,…,f_n}，参加矩阵构造的专家人数为S，专家j对评价指标的评分集为T＝{t_1j,t_2j,…,t_ij,…,t_nj}，式中M为指标f_i的评分集中最大值；

为评价指标f_i得分平均值，即

S412、确定属性值矩阵F的效度系数β，

8.根据权利要求7所述的一种采空区建设场地的稳定性评价方法,其特征在于：所述步骤S41还包括可靠性分析，所述可靠性分析包括以下步骤：

S413、确定评价指标的相关系数；

其中，专家组评分的平均数据组U＝{u₁,u₂,…,u_i,…,u_n}，式中，

S414、确定属性值矩阵的相关系数为

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