關于模糊綜合評價模型在沖擊等級判定中應用的研究
對回采區(qū)域進行沖擊危險性等級評價進而采取相對應的措施，無疑可以降低風險，進而可以降低沖擊地壓發(fā)生風險。目前學者對采區(qū)沖擊危險性判段做了很多研究，毛德兵對目前評價沖擊危險性的幾種方法及其適用范圍、評價沖擊危險指標進行較為系統(tǒng)的論述；葛志會等采用模糊數(shù)學方法，針對影響沖擊地壓發(fā)生的各個影響因素，選取不同的隸屬度函數(shù)形式，建立沖擊危險性評判模型，預測沖擊危險等級；此外，王書文等采用地震波CT技術通過波速與應力關系得知測區(qū)內(nèi)應力集中程度分布情況，進而推斷區(qū)域內(nèi)圍巖沖擊危險性。
但是圍巖體沖擊危險性等級不僅與煤層自然賦存條件相關，而且會隨著人類開采活動動態(tài)變化，因為開采活動會導致采區(qū)內(nèi)環(huán)境的變化，而目前煤層沖擊傾向性等判斷方法往往只是靜態(tài)判斷。本文試圖通過考慮開采因素等動態(tài)指標建立沖擊危險等級評價模型，使其能夠適應不斷開采活動導致的環(huán)境變化，進而指導安全生產(chǎn)活動。
1模糊綜合評價模型的建立
1.1動態(tài)權重模型的建立
煤礦安全生產(chǎn)是個系統(tǒng)復雜的工程，諸多安全影響因素會隨著回采工作的進行而變化，只采用特定不變的指標權重去約束隨時變化的因素顯然不符合工程安全評價需要。對此建立一種動態(tài)權重評價模型，可以對回采工作面進行客觀的綜合安全評價。指標的權重大小會隨著其表現(xiàn)出來的危險程度增加而增大，這樣可以避免被其他安全指標中和。
本文采用層次分析法將影響煤礦安全的指標分為屬性權重ω和等級權重ω，其中屬性權重表示評價指標的不同屬性對煤礦沖擊危險影響程度，而等級權重表示各區(qū)域評價指標值所屬不同安全等級對煤礦安全影響程度的等級，再利用最小信息熵原理把屬性權重和等級權重綜合為組合權重ωi，i=1，2，…n，進而建立動態(tài)權重模型(式(1))。
式中：ωi，ωi分別為第i個指標的屬性權重和等級權重；咒為指標個數(shù)。ω是屬于靜態(tài)權重，而ω具有動態(tài)性特征。因此，綜合權重值不僅借鑒了工程經(jīng)驗，而且又與工程實際相結合，能夠很好的反映煤礦安全等級隨著回采工作進行而變化的特點。
1.2隸屬函數(shù)模型的建立
根據(jù)煤礦沖擊地壓特點，以及相關法律法規(guī)、標準規(guī)范和相關規(guī)程等，將煤礦沖擊危險性分為四個等級，即I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，分別表示安全、較安全、較危險、危險四種情況。
根據(jù)上述四個沖擊危險等級，對評價指標進行隸屬度計算，將沖擊危險性的評價指標進行分級具體化，制成以下單因素指標，見表1。
確定分級標準后，根據(jù)每個評價指標的特點分別選用最適合的評價措施，來確定這些評價指標對不同等級的隸屬度，進而構成模糊綜合評價隸屬度函數(shù)。本文隸屬函數(shù)選取正態(tài)隸屬函數(shù)(式(2))。
p為沖擊危險等級數(shù)。
結構圖如圖1所示，一般第1個級別劃分的端點為x≤bo，第Ⅳ級別的端點通常為z≥b3，這兩個首尾區(qū)間采用寬域方式。其中第I級別實際區(qū)
μ1。對于第Ⅱ級區(qū)間[bo，b1]，利用已知μ(bo)一0.5，μ（a1）=1確定μ(x)的具體表達形式μ1。
下面分析第Ⅳ級別區(qū)間，端點值為x≥b。，取點a4=b3 +0.5b3為區(qū)間的中點，當z>a4時，令μ4 =1，在[b3，a4]段內(nèi)，利用μ(b3)=0.5，μ(a4)=1，確定μ(x)中的系數(shù)，即可得到μ4，其余第Ⅱ級、Ⅲ級區(qū)間內(nèi)，隸屬函數(shù)均采用窄域函數(shù)方式。
1.3計算模型與結果分析
計算模型采用加權和模型，該模型不僅可以綜合考慮所有因素的影響，還保留了單因素的評判信息，設單因素模糊評判矩陣為R，第二層指標的單因素模糊評判矩陣如式(3)所示。
式中，rm1為第i組指標中的第n個指標對于第1級的隸屬度，再對第二層指標Ri做模糊運算得到向量B：(式(4》。對矩陣R再進行模糊運算，即可得到第一層指標對評價集的隸屬向量B(式(5))。
由于評價集是有序分割類，最大關聯(lián)度原則顯然不是最適用，對此采用“置信度”識別準則。設叩為置信度，規(guī)定7>0.5，一般取7=0.6或0.7，則煤礦沖擊危險等級ko的計算公式(式(6))。
式中，p為沖擊危險等級數(shù)。
2實例分析
2.1工程概況
烏東煤礦南采區(qū)處于烏魯木齊東北部，地面標高十850m，煤層傾角87～89。，呈近直立狀態(tài)，現(xiàn)主采煤層為+500m水平B1+2和B3+6兩層煤，其中B1+2煤層平均厚度為37m，B3+6煤層平均厚度為49m，兩層煤被厚度在53～llOm且由東向西逐漸變薄的巖墻隔開，煤層頂?shù)装逡苑凵皫r為主，采用垂直分段放頂采煤方法進行回采，一次采高3m，放頂厚度22m。
2.2 沖擊危險等級計算
自然因素和開采因素是影響煤礦沖擊危險性的兩個重要方面，首先根據(jù)表1評價指標分級標準情況，結合+ 50081+2和B3+6回采工作面沖擊地壓自然因素和開采因素評價指標測定值，如表2和表3所示，由式(2)即可得到自然因素和開采因素指標隸屬度。
+500水平回采工作面自然因素和開采因素評價指標屬性權重和等級權重計算值為
由式(1)，得知各評價指標綜合權重為
由公式Bi=ωi·Ri計算，可求得回采工作面自然素對沖擊地壓危險評判的最終模糊評判集為B1=[0.194,0.634,0.003,0.181]。
按照“置信度”識別原則進行分析所得結果，設置信度λ=0．6，由式(6)計算得ko=2，由此求得，回采工作面自然因素的沖擊危險等級為二級，為弱沖擊危險等級。
同理可求得回采工作面自然素對沖擊地壓危險評判的最終模糊評判集為B2=[0. 214，0．225，0. 255，0．306]。
計算得ko=3，得知回采工作面開采因素的沖擊危險等級為三級，為中等沖擊危險等級。
將自然因素和開采因素的評價結果綜合考慮，最終取最危險評價結果，綜上所述，確定+ 500水平回采區(qū)域為中等沖擊危險等級。
2.3地震波CT技術探測結果對比分析
烏東南采區(qū)同時采用了地震波CT技術對+500水平B1+2和B3+6兩煤層進行了沖擊危險性評價，此次探測共分為四個測區(qū)，分別為第一測區(qū)，B3+6工作面1494～1710m范圍；第二測區(qū)，B3+6工作面1295～1490m范圍；第三測區(qū)，B3+6工作面1300～1490m范圍；第四測區(qū)，B1+2工作面1755～1957m范圍，限于篇幅，下面僅取B1+2煤層第四測區(qū)波速分布圖進行分析，見圖2。
從圖2波速分布情況，波速值分布基本在2.9 m／ms以下，但東西兩側波速分布極不均勻，根據(jù)波速與應力的關系，東、西兩側均出現(xiàn)了不同程度的應力集中，應力集中區(qū)主要分布在以下方面。
1)應力集中區(qū)域I(1927～1960m)，工作面沖擊危險性為弱沖擊危險。
2)應力集中區(qū)域II(1760～1850m)，工作面沖擊危險性為中等沖擊危險。
結合其他三個測區(qū)結果，并且綜合考慮下一階段+475水平掘進巷道導致的采掘相向、采區(qū)內(nèi)強烈的水平構造應力、采空區(qū)高達330m的回填黃土以及中間近直立高巖墻撬動作用等自然因素和開采因素的影響，確定+500B1+2和B3+6工作面沖擊危險性均為三級，即中等沖擊危險等級。
3結 論
1)采用模糊綜合評判法可以很好的考慮動態(tài)變化指標對煤礦沖擊危險性影響程度，避免通常一年僅一次的安全評價無法準確指導生產(chǎn)的弊端，同時本文隸屬度函數(shù)模型的建立也克服了某些危險值高的指標被中和的現(xiàn)象以及人為主觀因素導致的誤差。
2)通過采用模糊綜合評價模型對烏東煤礦南采區(qū)十500水平回采工作面進行沖擊危險評價，得出該區(qū)域沖擊危險等級為三級，即中等危險等級，同時采用地震波CT技術結合開采范圍內(nèi)工程地質條件等因素綜合分析驗證，結果表明模糊綜合評價方法可以很好的評價煤礦沖擊危險性等級，為類似條件下沖擊危險性評價具有一定的借鑒意義。
4摘要：針對當前傳統(tǒng)安全評價方法存在的問題，結合煤礦沖擊特性隨著生產(chǎn)的動態(tài)變化特點，建立模糊綜合評價模型，利用正態(tài)隸屬度函數(shù)進行指標的隸屬度計算，將沖擊特性指標體系分為屬性權重和等級權重，利用最小信息熵原理把二者綜合為組合權重，并評價指標矩陣模糊運算，得到煤礦沖擊危險等級。結合烏東煤礦南采區(qū)+500B1+2和3+6工作面現(xiàn)場地質條件和開采現(xiàn)狀，采用該評價模型分析得出該區(qū)域回采工作面沖擊危險等級為三級，即中等沖擊危險等級，并采用地震波CT技術進行對比分析，結果表明該模型在實踐中得到較好的驗證，為類似條件下沖擊危險等級判定提供了參考。
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