一种大型内排土场失稳危害程度评价方法

1.本发明涉及一种危害程度评价方法，尤其涉及一种大型内排土场失稳危害程度评价方法，属于岩土工程防灾减灾技术领域。


背景技术：

2.排土场是矿产资源露天开采的剥离物堆积体，是绿色矿山建设的重要治理工程。随着露天开采强度和深度的增加，为了减少占地面积，降低成本，内排土场堆积高度随之增加，发生失稳破坏的可能性也越来越大，安全问题突出。对于局部某个台阶产生的排土场滑坡，如果不影响整体稳定性，只需要生产过程中进行日常维护，不会影响采、排作业，但是大范围的滑坡或者对整体稳定性有影响的局部滑坡，会影响矿山企业的正常生产，甚至会对工作人员的生命安全造成威胁。目前，对各种地质灾害的危险性预测评估所采取的方法主要包括：成因历史分析法、工程地质类比法、层次分析法、模糊综合评价法等，对大型内排土场失稳危害程度评价的适用性较差，因此，提出本发明专利方法对指导矿山企业安全生产具有重大意义。


技术实现要素：

3.本发明要解决的问题是针对上述现有技术的不足，提供一种大型内排土场失稳危害程度评价方法，以达到有效指导矿山企业安全生产、减小内排土场失稳造成巨大损失的目的。
4.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种大型内排土场失稳危害程度评价方法，主要是基于三角模糊数和广义导出的有序加权平均(giowa)算子建立的一种定性与定量分析相结合的多属性群体决策方法，具体包含以下步骤：
5.s1：针对实际工程情况，确定方案集、属性集、决策集和评价集；
6.s2：通过三角模糊层次分析得到模糊判断矩阵，进行一致性检验并确定各指标权重；
7.s3：评价专家给出各个方案在各属性下的语言评价数据，并得到评价矩阵；
8.s4：利用giowa算子对数据进行集结，得到决策方案的群体决策综合属性评估值；
9.s5：基于评估值得出各个方案的危害程度评价等级，并对所有方案进行排序、择优。
10.进一步地，所述s1中的方案集x＝{x1,x2,
…
,xn}根据评价需要确定；属性集u＝{u1,u2,
…
,um}通过定量分析方法获得，包括安全系数、局部滑动、整体滑动、坡面剪出和坡脚剪出五个指标；决策集d＝{d1,d2,
…
,dk}根据所邀请的专家确定；评价集s＝{极严重，很严重，严重，较严重，一般，较轻，轻，很轻，无影响}为语言标度，与之相对应的三角模糊数表达式为：极严重＝(0.0,0.1,0.2)，很严重＝(0.1,0.2,0.3)，严重＝(0.2,0.3,0.4)，较严重＝(0.3,0,4,0.5)，一般＝(0.4,0.5,0.6)，较轻＝(0.5,0.6,0.7)，轻＝(0.6,0.7,0.8)，很轻＝(0.7,0.8,0.9)，无影响＝(0.8,0.9,1.0)，其中，无影响》很轻》轻》较轻》一般》较严重》
严重》很严重》极严重。
11.进一步地，所述s2中各指标权重的确定包含以下步骤：
12.s2.1：对各指标两两之间进行相互比较，用三角模糊数来表达比较结果并建立多人模糊判断矩阵a＝(α
ij
)m×m，具体见表1，
13.表1评价指标的多人模糊判断矩阵
14.多人模糊判断矩阵中α
ij
的表达如下：
[0015][0016]
式中：α
ij
为由k位专家给出的指标ui与uj比较结果的三角模糊数；l、m、u分别代表指标影响因素重要程度的下限值、最有可能值和上限值；
[0017]
设三角模糊数m＝(l,m,u)，有以下运算法则：
[0018]
m1+m2＝(l1,m1,u1)+(l2,m2,u2)＝(l1+l2,m1+m2,u1+u2)
ꢀꢀ
(2)
[0019]
βm＝(βl,βm,βu)，其中β≥0
ꢀꢀ
(3)
[0020][0021][0022]
s2.2：本发明应用一种近似的方法对多人模糊判断矩阵进行一致性的检验，利用式(6)对多人三角模糊判断矩阵a进行化简，提取最可能值m得到的新判断矩阵为d＝(d
ij
)m×m，如果d满足一致性的要求，则可以近似地认为a满足一致性，
[0023][0024]
式中：是各指标因素的均值向量；
[0025]
s2.3：确定各指标的综合模糊值，进行去模糊化处理，公式如下：
[0026][0027][0028]ki
＝minv(mi≥mj)j≠i,j＝1,
…
,n
ꢀꢀ
(9)
[0029]
式中：mi为指标ui的综合模糊值；v(m1≥m2)为m1比m2重要的可能性程度；x1为m1的中值；x2为m2的中值；u1为m1的上界；l2为m2的下界；ki为去模糊化后的评价权重；
[0030]
s2.4：进行归一化处理得到标准化权重，公式如下：
[0031][0032][0033]
式中：wi为指标因素ui对应的标准化权重；w为最终的标准化权重向量。
[0034]
进一步地，所述s3中的评价矩阵是通过决策者dk∈d给出方案xi∈x在属性ui∈u下的语言评价值r
ij(k)
得到的，评价矩阵rk＝(r
ij(k)
)m×n，且r
ij(k)
∈s，具体见表2，
[0035]
表2决策者dk给出的评估矩阵rk[0036]
其中，r
ij(k)
为评价专家k给出的方案i在属性j下的语言评价值，用三角模糊数表达。
[0037]
进一步地，所述s4中的数据集结，获得评估值的过程包括以下步骤：
[0038]
s4.1：利用giowa算子对评价矩阵rk中第i行的语言评估信息进行集结，获得决策者dk给出的决策方案xi的综合属性评估值z
i(k)
(w)(i∈n，k＝1，2
…
t)，计算公式如下：
[0039][0040]
式中：r
ij(k)
∈s,uj∈u,是与r
ij(k)
对应的三角模糊数；w＝(w1,w2,
…
,wm)为广义的导出有序加权平均算子加权向量；b
ij(k)
是r
il(k)
(l∈m)中对应的三元素数据中的第三个分向量是第j大的元素；
[0041]
s4.2：利用giowa算子对t位专家给出评价方案xi的综合属性评估值z
i(k)
(w)进行集结，得到决策方案xi的群体决策综合属性评估值z
i(k)
(w
′
)(i∈n)，计算公式如下：
[0042][0043]
式中：是与z
i(k)
(w)对应的三角模糊数；w
′
＝(w1′
,w2′
,
…
,w
t
′
)为广义的导出有序加权平均算子加权向量；b
i(k)
是z
i(l)
(w)(l＝1,2,
…
,t)中对应的三元素数据中的第三个分向量是第k大的元素。
[0044]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种大型内排土场失稳危害程度评价方法，充分考虑了内排场失稳时所表现出的各种属性的模糊性特点，能够解决内排土场失稳时对正常生产以及生命财产安全产生的影响程度评价困难的问题；此外，
本发明方法是一种涉及多个属性的定性与定量分析相结合的群体决策方法，能够使得评价更加客观。
附图说明
[0045]
图1为本发明实施例提供的一种大型内排土场失稳危害程度评价方法的流程图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0047]
某大型露天煤矿的内排区域涉及的地层主要为白垩系下统伊敏组地层，由泥岩、粗砂岩、碳质泥岩、煤层等组成，受向斜构造和地层岩性的影响，内排场的基底为顺倾软岩边坡，随着排量和堆积高度的提高，排土场极易发生滑坡灾害，给矿山企业安全生产带来巨大威胁。因此，需要对内排土场失稳危害程度进行评价，避免因内排土场失稳影响企业的正常生产活动。根据露天煤矿生产过程设计了3种排土方案，分别是x1、x2、x3，对三种排土方案下的内排场失稳危害程度进行评价，为企业提供参考。采用本发明的一种大型内排土场失稳危害程度评价方法确定此内排土场三种方案下失稳的危害程度，具体实施步骤如下：
[0048]
s1：针对实际工程情况，确定方案集、属性集、决策集和评价集；
[0049]
s2：通过三角模糊层次分析得到模糊判断矩阵，进行一致性检验并确定各指标权重；
[0050]
s3：评价专家给出各个方案在各属性下的语言评价数据，并得到评价矩阵；
[0051]
s4：利用giowa算子对数据进行集结，得到决策方案的群体决策综合属性评估值；
[0052]
s5：基于评估值得出各个方案的危害程度评价等级，并对所有方案进行排序、择优。
[0053]
进一步地，在s1中，基于本实施例中内排土场稳定性定量分析结果获得评价指标信息，即属性集u＝{u1,u2,
…
,u5}＝{安全系数，局部滑动，整体滑动，坡面剪出，坡脚剪出}；方案集x＝{x1,x2,x3}，即评价对象，包含方案1、方案2、方案3；邀请相关领域的三位专家进行评价，构成了决策集d＝{d1,d2,d3}；确定评价集s＝{极严重，很严重，严重，较严重，一般，较轻，轻，很轻，无影响}为语言标度，与之相对应的三角模糊数表达式为：极严重＝(0.0,0.1,0.2)，很严重＝(0.1,0.2,0.3)，严重＝(0.2,0.3,0.4)，较严重＝(0.3,0,4,0.5)，一般＝(0.4,0.5,0.6)，较轻＝(0.5,0.6,0.7)，轻＝(0.6,0.7,0.8)，很轻＝(0.7,0.8,0.9)，无影响＝(0.8,0.9,1.0)，其中，无影响》很轻》轻》较轻》一般》较严重》严重》很严重》极严重。
[0054]
进一步地，在s2中各指标权重的确定包含以下步骤：
[0055]
s2.1：邀请三位专家对各个评价指标两两之间进行比较分析，利用三角模糊数来表达比较结果获得多人模糊判断矩阵a，利用式(2)～(6)将多人模糊判断矩阵进行化简具体见表3、表4，
[0056]
表3多人模糊判断矩阵a
[0057]
表4简化的多人模糊判断矩阵a
′a′
u1u2u3u4u5u1(1.00,1.00,1.00)(0.34,0.52,1.25)(0.17,0.20,0.55)(0.48,0.75,2.13)(0.19,0.28,0.43)u2(0.80,1.93,2.90)(1.00,1.00,1.00)(0.18,0.24,0.55)(0.57,1.33,2.07)(0.23,0.36,0.55)u3(1.83,4.97,5.93)(1.83,4.20,5.63)(1.00,1.00,1.00)(2.83,5.17,6.80)(2.23,4.17,5.77)u4(0.47,1.33,2.07)(0.48,0.75,1.75)(0.15,0.19,0.35)(1.00,1.00,1.00)(0.17,0.20,0.45)u5(2.33,3.53,5.23)(1.83,2.77,4.43)(0.17,0.24,0.45)(2.20,5.07,5.83)(1.00,1.00,1.00)
[0058]
s2.2：提取简化的多人模糊判断矩阵a
′
中最可能值m得到判断矩阵为d＝(d
ij
)5×5进行一致性检验，计算得到cr＝0.047＜0.1，满足一致性的要求，可以近似地认为a满足一致性，
[0059]
s2.3：利用式(7)和表4中的数据求出各指标的综合模糊值：
[0060][0061][0062][0063]
同理可以求出m2＝(0.046,0.113,0.289)；m3＝(0.162,0.452,1.027)；m4＝(0.038,0.080,0.230)；m5＝(0.125,0.292,0.692)；
[0064]
利用式(8)和式(9)进行去模糊化处理得出：
[0065]
v(m1≥m2)＝0.779，v(m1≥m3)＝0.128；
[0066]
v(m1≥m4)＝0.919，v(m1≥m5)＝0.292；
[0067]
d1＝min(m1≥m2,m3,m4,m5)＝0.128；
[0068]
同理可求得d2＝0.273；d3＝1.000；d4＝0.155；d5＝0.768；再利用式(10)和式(11)对权重进行归一化处理可得：
[0069][0070]
同理可求得w2＝0.117；w3＝0.430；w4＝0.067；w5＝0.330，最终各指标权重向量w
＝(0.056,0.117,0.430,0.067,0.330)。
[0071]
进一步地，在s3中专家给出各方案在不同属性下的语言评价值得到评价矩阵rk，具体见表5、表6、表7，
[0072]
表5评价矩阵r1r1u1u2u3u4u5x1轻轻很轻轻很轻x2无影响很轻无影响很轻轻x3严重较严重较严重很严重很严重
[0073]
表6评价矩阵r2r2u1u2u3u4u5x1较轻较轻无影响较轻很轻x2无影响很轻无影响很轻很轻x3较严重严重较轻很严重严重
[0074]
表7评价矩阵r3r3u1u2u3u4u5x1很轻很轻无影响很轻很轻x2无影响很轻无影响轻无影响x3较严重较严重一般严重一般
[0075]
其中，r1是评价专家1给出的评价矩阵，r2是评价专家2给出的评价矩阵，r3是评价专家3给出的评价矩阵。
[0076]
进一步地，在s4中的数据集结，获得评估值的过程包括以下步骤：
[0077]
s4.1：利用式(12)对评价矩阵中的语言评价数据进行集结，获得决策方案综合属性评估值，
[0078]
因为r
11(1)
＝轻，r
12(1)
＝轻，r
13(1)
＝很轻，r
14(1)
＝轻，r
15(1)
＝很轻，因此r
15(1)
＝r
13(1)
》r
11(1)
＝r
12(1)
＝r
13(1)
。与r
1j(1)
(j＝1,2,
…
,5)对应的三角模糊函数值分别为：
[0079][0079][0079][0080]
因此，因此，
[0081][0082]
相应地，z
2(1)
(w)＝(0.595,0.695,0.795)≈(0.6,0.7,0.8)＝轻；z
3(1)
(w)＝(0.178,0.278,0.378)≈(0.2,0.3,0.4)＝严重；
[0083]
同理求得z
1(2)
(w)＝(0.54,0.64,0.74)≈较轻；z
2(2)
(w)＝(0.717,0.817,0.917)≈很轻；z
3(2)
(w)＝(0.178,0.278,0.378)≈严重；z
1(3)
(w)＝(0.706,0.806,0.906)≈很轻；z
2(3)
(w)＝(0.727,0.827,0.927)≈很轻；z
3(3)
(w)＝(0.284,0.384,0.484)≈较严重；
[0084]
s4.2：利用式(13)对上一步的评估值数据进行集结，获得决策方案的群体决策综合属性评估值，根据专家的专业能力确定w
′
＝(0.3,0.3,0.4)，最后得出：
[0085][0085][0085][0086]
进一步地，在s5中的方案排序与择优过程如下：
[0087]
对各方案的危害程度进行排序，因为z2(w
′
)＝很轻、z1(w
′
)＝轻、z3(w
′
)＝严重，得x2》x1》x3，因此方案3下的内排土场失稳危害程度最大，会对矿山企业正常生产影响，方案2下的内排土场失稳危害程度最小，只需要生产过程中进行日常维护，不会影响采、排作业。
[0088]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不对其范围进行限制；本领域的普通技术人员应当理解：可以对上述实施例中所涉及的技术方案进行修改，但这些修改不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。