基于组合赋权-改进集对分析的岩爆倾向性预测研究

岩爆是地下工程中的主要地质灾害之一,具有强破坏性、不确定性、突发性等特点。为准确、有效地预测地下工程中的岩爆倾向性,基于组合赋权-改进集对分析理论,建立了岩爆倾向性预测模型。首先从岩性、应力、围岩3个方面确立预测指标;其次利用组合数有序加权平均算子赋权法（Combination Weighting Averaging,C-OWA）、关联准则重要性赋权法（Criteria Importance Though Intercrieria Correlation,CRITIC）、博弈论分别计算出主观权重、客观权重,组合权重;最后将传统集对分析理论中的三元联系度改进为四元联系度,用改进后的集对分析理论计算出综合联系度来预测出岩爆等级。将该模型应用于西藏甲玛铜多金属矿等工程的岩爆倾向性预测中,得出该矿的综合联系度为[u1=-0.302 9],为弱岩爆,与实际相符。研究表明：所建立的模型适用于岩爆倾向性预测,与交互式多准则决策预测模型和逼近理想解排序法预测模型对比,准确性、可靠性较优,为岩爆倾向性预测提供了一种新的途径。     

基于组合赋权的可拓综合评价岩爆预测模型

岩爆是矿山生产中棘手的地质灾害,严重威胁人员与设备的安全。为了对岩爆进行合理预测,选取应力系数σ_θ/σ_c、脆性系数σ_c/σ_t和弹性能量指数W_et作为分级评判指标,主客观组合赋权确定指标间的权重,主观赋权方法为专家打分法,客观赋权方法为熵权法,采用乘法合成法进行组合赋权。通过组合赋权调整权重确定的主观性,建立组合赋权的可拓综合评价岩爆预测模型。将建好的模型应用于工程实例中,预测结果与实际情况一致,是一种可以应用于工程的模型。     

基于组合权重的地下矿山岩体质量可拓评价方法

针对传统评价方法所存在的缺陷, 运用可拓工程方法, 在物元理论和可拓数学理论的基础上建立了岩体质量评价的物元模型, 并采用引入了距离函数的组合赋权法计算物元模型中各评价指标的权重。研究结果表明: 组合赋权法将层次分析法计算的主观权重和熵权法计算的客观权重结合起来所确定的组合权重科学合理; 另一方面, 岩体质量的可拓评价不仅能较好地反映岩体的质量等级, 还能反映岩体质量等级的程度以及与其他质量等级的“距离”, 具有较好地适用性。通过实际矿山岩体质量等级的关联度计算, 对新田岭钨矿小板垅矿段和金猫矿段矿岩及围岩岩体质量进行了可拓学评价, 评价结果与现场实际相符。     

基于博弈-灰靶模型的岩爆烈度等级评价

岩爆一直是深部高应力地下工程面临的一大难题，为了有效预测和评价地下岩体工程的岩爆灾害，建立了基于博弈论组合赋权-灰靶决策的岩爆烈度等级评价模型。首先，选取岩石单轴抗压强度与抗拉强度的比值σ_c/σ_t、切向应力与单轴抗压强度的比值σ_θ/σ_c、弹性变形能指数W_et和完整性系数K_v等定量化指标建立评价指标体系，运用Critic法、变异系数法和熵权法分别计算出各个指标的权重，再根据博弈理论对权重进行优化，进而确定博弈论组合赋权；然后，结合灰靶决策理论，建立不同岩爆烈度等级的综合靶心距分布集；最后，通过综合靶心距的大小对岩爆烈度等级进行判定。为验证所建模型的准确性和合理性，以终南山公路隧道工程为例，根据实测数据对该评价模型进行实例分析。研究结果表明：基于博弈-灰靶模型的岩爆评价结果与实际岩爆情况基本一致，说明该岩爆烈度等级评价模型有较好的精准性和可靠性。     

基于PPRR理论的岩爆应急管理能力评估模型研究

针对深部矿山岩爆应急管理能力评估具有复杂性、模糊性、未确知性的特点,为进一步提升评估的可靠性,建立了基于改进可拓云的综合评价模型。首先,根据PPRR (Prevention, Preparation, Response, Recovery)危机管理理论,结合岩爆事故的特点,构建了多层次的岩爆应急管理能力评价指标体系;其次,借助序关系分析法(G1法)-反熵权法(A-EWM法)和组合赋权法(CW法)确定指标综合权重;引入了盲数理论,建立盲数矩阵对定性指标数据处理,改进了传统可拓云模型专家直观打分的赋权模式,基于可拓云模型原理,通过计算不同等级下的综合云关联度,按照最大隶属度判别要求,综合分析和评估应急管理能力等级。最后,应用所建立的评价模型对3座矿山岩爆应急管理能力进行实例分析,并与模糊数学和随机Petri网(SPN)评价模型结果相比较。结果显示：3座矿山应急能力均为Ⅳ级,与专家现场调研结论相符合,且3种评价模型评估结果基本一致,验证了本模型在岩爆应急管理能力评估方面具有适应性和有效性。该评价模型可以为危机管理能力的量化评估提供一种切实可行、合理有效的方法。     

基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价

岩爆倾向性等级评价是研究岩爆发生机理的基础。本文以脆性岩爆指标(B)、Barton岩爆指标(α)、弹性变形能岩爆指标(Wet)和冲击能岩爆指标(Wcf)为基础建立岩爆倾向性评价指标体系,建立了基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价模型。采用该模型对小厂坝矿区典型岩石的岩爆倾向性等级进行评价,结果表明:矿岩和黑云母石英片岩均为强岩爆倾向性。灰岩随着埋深增加,由弱岩爆倾向性向中岩爆倾向性过渡。矿体的上盘(黑云母石英片岩)为强岩爆倾向性,矿体的下盘(灰岩)为中岩爆倾向性,在实际开采过程中,应尽量将采矿工程布置于下盘。矿体为强岩爆倾向性,这与实际开采中频繁出现岩爆征兆现象一致。建议开采过程中应加强地压监测,合理布置卸压工程。     

物元模型在煤层顶板稳定性评价与预测中的应用

为了正确预测煤层顶板的稳定性和危险性,根据影响煤层顶板的稳定性分类的一些主要因素,应用物元理论建立了煤层顶板的稳定性判别与预测模型:给出了煤层顶板的稳定性评价的物元关联函数及物元关联度的计算方法;建立了适合可拓学理论的煤层顶板的稳定性等级分类标准;采用指标的综合权重,充分利用主观赋权法和客观赋权法各自带来的信息。应用结果表明,该模型适合于煤层顶板稳定性的评判和预测。     

熵权物元可拓模型在岩爆危险性等级评价中的应用

为准确合理地对地下矿山岩爆危险等级进行评价,考虑岩爆发生的岩石力学条件和岩土工程环境对其造成的影响,选取3个主要影响岩爆发生的因素:岩石的应力集中系数σI/σc、脆性系数σc/σt和能量指数Wet,在传统物元可拓分析模型的基础上,建立岩爆危险性等级评价熵权物元可拓模型。根据20座矿山的实测数据和实际岩爆发生情况,确定岩爆评价影响指标体系,计算评价指标的关联度,应用熵权法确定各评价指标的权重,根据关联度最大识别原则,判定岩爆危险等级。该方法用于厂坝铅锌矿岩爆危险等级评价中,其研究结果表明,该方法的预测评价结果与实际岩爆发生较为符合,进一步说明了该方法的实用性和合理性,对实际工程有一定的指导意义。     

基于IAHP-EWM-TOPSIS模型的煤与瓦斯突出倾向性预测

为了更加准确的预测煤与瓦斯突出倾向性,以平煤天安十三矿为例,选取7个主要的影响指标和12组煤与瓦斯突出样本数据进行分析,利用改进层次分析法(IAHP)和熵权法(EWM)分别计算诱发煤与瓦斯突出的各评价指标权重,再根据组合赋权计算各指标的最优权重,结合逼近理想解排序法(TOPSIS)构建煤与瓦斯突出预测模型。结果表明:煤层瓦斯压力是影响煤与瓦斯突出的主要因素,瓦斯含量对煤与瓦斯突出的影响较低;预测结果与实际情况基本一致,验证了组合赋权-TOPSIS法对煤与瓦斯突出倾向性预测的可行性。     

基于博弈论的地下矿山岩体质量可拓评价研究

对三山岛新立矿区-400 m中段岩体质量等级进行评价,评价指标参考RMR分类法,并考虑完整性系数KV和地应力修正系数Q。引入可拓学理论,建立岩体质量评价物元模型,提出基于博弈论的最优组合赋权法确定指标权重,建立基于博弈论最优组合赋权法的可拓理论。同时,应用修正RMR分类法对-400 m中段岩体质量进行评价。研究表明,基于博弈论的岩体质量可拓评价能反映待评岩体与相邻等级之间的距离,较修正RMR分类法更加精确,从而使采矿方法设计及开采过程中的安全支护措施更加合理,为确保矿山安全、高效开采提供了技术支撑。     

基于修正散点图矩阵与随机森林的岩爆等级预测

为了提高岩爆预测模型的精度,以围岩洞壁最大切向应力(MTS)、岩石单轴抗压强度(UCS)、岩石单轴抗拉强度(UTS)、应力系数(SCF)、脆性系数(BI)、岩石弹性能指数(EEI)等参数作为预选预测指标.运用修正散点图矩阵分析指标间、指标与岩爆等级间的关系,筛选指标集中的离群值,确定构成岩爆预测的指标体系.引入并优化随...     

基于组合赋权与有限区间云模型的巷道冒顶预测研究

针对巷道冒顶风险等级预测过程中风险分级的不确定性和模糊性的特点,提出了一种基于组合赋权与有限区间云模型的风险分级方法。在对巷道冒顶发生机制进行系统分析的前提下,选取包括稳定岩层距巷道顶板表面的距离、地下水渗水量、围岩应力强度比、松动圈厚度、顶板稳定岩层岩石单轴抗压强度等5个主要影响因素作为评价指标。通过组合赋权的方式将主观赋权(AHP)和客观赋权(投影寻踪法)得到的权重相结合获取各指标综合权值。对传统正态云模型进行修正,提出有限区间云模型各特征参数计算方法,并生成云滴图,使含有不确定性特点的指标值与分级变量之间产生映射。结果表明,该评价模型适用于冒顶灾害的预测,具有较高的实用性。     

层次分析-模糊综合评判法在突出危险区域预测中的应用

将层次分析法和模糊综合评判方法[1]结合起来应用于煤与瓦斯突出危险区域预测研究中,运用层次分析法确定了煤与瓦斯突出各影响因素的权重值,采用隶属度作为定量化工具,构造了单因素判别矩阵,采用二级模糊评判建立了煤与瓦斯突出区域预测模型,并将该模型应用于某煤矿的突出区域预测及划分中,并与其他预测划分方法进行对比,结果表明,应用层次分析-模糊综合评判方法进行煤与瓦斯突出区域预测是可行的。     

岩爆危险性评价的变权物元可拓模型

为客观评价岩爆危险性,将物元理论与变权理论结合,构建了变权物元评价模型。首先,对指标数据规则化处理,解决传统物元模型自身局限性;其次,基于变权理论确定评判指标权重,避免评价过程中的主观性,同时使得被评价对象主动参与综合评判;第三,以非对称贴近度代替传统模型中的最大隶属度;最后,通过物元等级变量特征值的计算结果对样本等级进行评定,以权重及特征值对指标的敏感性确定影响评价结果的关键性指标。以甲玛矿为例,计算结果显示该矿为弱岩爆等级,且偏向于无岩爆,与现场实际情况吻合,与已有评判结果基本一致;倾向性指数、应力指数为敏感性指标,应力系数为一般敏感性指标。     

基于博弈论-云模型的隧道围岩稳定性分析模型研究

为科学合理评估隧道围岩稳定性,考虑了隧道围岩安全具有随机和模糊性特点,引入云理论建立综合评价模型。首先,在分析和参考文献基础上,选取了6个影响因素,构建了隧道围岩稳定性综合评价指标体系。其次,基于三标度理论改进层次分析法确定指标主观权重,引入变异系数改进CRITIC法确定指标客观权重,采用博弈论确定指标组合权重;根据稳定性分级标准确定云的数字特征并生成了指标云图,分别计算各评估对象不同等级下的单指标隶属度和综合确定度,并基于最大隶属度原则确定等级。最后将模型应用到隧道围岩安全性评价中,并与可拓理论和属性识别评价模型对比,研究结果表明所建立的评价模型评估结果准确可靠、切合实际,对隧道施工具有一定的指导意义,为隧道围岩稳定性评估提供了一条可量化的新思路。     

岩爆预测的Vague集模型

为合理准确地预测岩爆烈度,提出了一种新的Vague集岩爆预测模型。选取岩石单轴抗压强度、硐室最大切向应力、岩石抗拉强度及岩石弹性能量指数进行分析,并采用Vague熵确定各指标权重。将传统岩爆烈度等级细化为若干微元等级,基于Vague集的相似度量建立岩爆预测模型,根据相似度量曲线预测岩爆烈度等级。将国内外30个岩爆实例参数代入该模型进行验证,结果表明该模型具有较高的准确性。最后将该模型应用于马路坪矿和大相岭隧道的岩爆预测,结果与实际情况相符,且可预测处于同一传统岩爆等级中不同岩爆实例的烈度大小,提高了岩爆预测精度,为岩爆预测提供了一种新方法。     

基于粗糙集的可拓评判在岩爆预测中的应用

结合四川江边电站引水隧洞,根据国内外已有的多种岩爆判据,选取了多个评价指标,以粗糙集理论中的属性约简和条件属性权重计算为基础,建立该隧洞岩爆预测的可拓评价模型,得到了引水隧洞多个洞段的岩爆等级,并与这些洞段的实际岩爆发生情况进行对比分析。结果证明,该方法的评价结果与实际情况较为吻合,对后期施工有较好的指导作用。     

基于PCA-PNN原理的岩爆烈度分级预测方法

根据岩爆的影响因素、特点及成因,选取围岩最大切应力、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、应力系数、脆性系数和弹性能量指数构成岩爆预测指标体系。搜集国内外46组典型岩爆案例数据,考虑到概率神经网络(PNN)中高斯函数要求各指标变量互不相关,采用主成分分析法(PCA)对原始数据预处理,消除指标间相关性并降维,得到线性无关的3个主成分即岩爆综合预测指标RCI_1,RCI_2,RCI_3,构成概率神经网络的输入向量。将岩爆烈度分级预测视为共有4种类别的模式分类问题,在满足均匀分布的前提下,选取[0.02,1.00]内的50个Spread值,观察模型预测正确率随Spread值的变化。经测试,Spread值为0.36时,预测结果首次同时达到最优,故创建平滑因子为0.36的概率神经网络。岩爆案例数据由主成分分析法处理后分为训练样本和测试样本,对训练后的PNN网络进行性能测试,两组数据预测正确率分别为100%,90%。将该结果与随机森林(RF)模型、支持向量机(SVM)模型、人工神经网络(ANN)模型进行比较,可知PCA-PNN模型的预测结果稍好于SVM模型、ANN模型,误判率与RF模型的训练样本平均误判率、测试样本平均误判率一致。此外PNN网络收敛速度快,通常在数秒内即可完成,表明基于PCA-PNN的岩爆烈度预测模型是合理可行的。