巷道圍巖類別及可靠性的模糊數(shù)學(xué)方法

1、巷道圍巖類別評(píng)價(jià)及其控制的模糊數(shù)學(xué)方法巷道圍巖類別評(píng)價(jià)及其控制的模糊數(shù)學(xué)方法陳彥軍摘要：摘要：巷道圍巖的類別是礦井煤柱尺寸及支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，以往設(shè)計(jì)中考慮的因素不夠全面且受主觀性因素影響較大，造成后期巷道維護(hù)困難，影響工程進(jìn)度。本文采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)巷道圍巖分段進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，尋求各評(píng)價(jià)因子的隸屬函數(shù)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，建立模糊關(guān)系矩陣，分段進(jìn)行巷道圍巖類別評(píng)判，提出的控制方法在現(xiàn)場(chǎng)是可行的。關(guān)鍵詞：圍巖類別關(guān)鍵詞：圍巖

2、類別模糊數(shù)學(xué)模糊數(shù)學(xué)權(quán)重權(quán)重隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)控制方法控制方法煤礦井工生產(chǎn)處在一個(gè)不斷發(fā)生變化的環(huán)境中，巷道圍巖的穩(wěn)定與否直接影響著巷道的失修率，而巷道圍巖的穩(wěn)定性受多種因素影響，比如頂?shù)装鍘r性、埋深、支護(hù)效果、與鄰近工作面的空間關(guān)系、掘巷方法及時(shí)間等。因此，為實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效發(fā)展，需要全面、準(zhǔn)確地對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并適時(shí)制定相應(yīng)的安全措施。內(nèi)于地質(zhì)采礦技術(shù)條件的復(fù)雜多變，礦山建設(shè)與生產(chǎn)的決策目標(biāo)往往是多目標(biāo)的，且受經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)和主

3、觀評(píng)價(jià)的影響極大。由于巷道圍巖穩(wěn)定性具有非線性和時(shí)變的特性以及狀態(tài)、參數(shù)量測(cè)的不確定性和不精確性，致使巷道圍巖類型是一個(gè)典型的隨機(jī)性、模糊性問題。而應(yīng)用模糊集合理論能較合理地深刻地揭示巷道圍巖變形的本質(zhì)和規(guī)律性，并能對(duì)圍巖類型作出較準(zhǔn)確可信的判定[1~3]。1模糊評(píng)價(jià)理論原理模糊評(píng)價(jià)理論原理1.1模糊數(shù)學(xué)模型模糊數(shù)學(xué)模型確定因素（指標(biāo)）集合，它的元素是所要研究對(duì)象的n種因素或指標(biāo)，有很??nyyYy??????明確的特征。確定評(píng)判集合，

4、本文將評(píng)判集合的元素個(gè)數(shù)和名稱確定為5個(gè)，即穩(wěn)定易控??mvvVv??????制、較穩(wěn)定較易控制、較不穩(wěn)定較難控制、不穩(wěn)定難控制、極不穩(wěn)定極難控制。v?v?v?v?v?模糊評(píng)判矩陣R，對(duì)單因素的模糊評(píng)判為，這n個(gè)模糊評(píng)判導(dǎo)出iy??iiiimfurrr????????上的模糊關(guān)系，R的模糊關(guān)系矩陣稱為模糊評(píng)判矩陣。VY?R???rijnmR??1.2模糊評(píng)判步驟模糊評(píng)判步驟確定因素集合確定評(píng)判集合確定評(píng)判矩陣權(quán)重及隸屬度矩陣綜合評(píng)判現(xiàn)場(chǎng)

5、條件判定最大可能評(píng)判圖1模糊評(píng)判步驟流程圖2巷道圍巖穩(wěn)定性影響因素及其隸屬度巷道圍巖穩(wěn)定性影響因素及其隸屬度1）地質(zhì)條件影響巷道圍巖穩(wěn)定性的地質(zhì)條件有很多，頂?shù)装鍘r性、地下水、煤層傾角、煤層厚度、斷層裂隙、煤層埋深等[4]。煤巷在掘進(jìn)過程中受斷層影響最為嚴(yán)重，選取每百米巷道在掘進(jìn)過程中受斷層影響的條數(shù)m為評(píng)估條件，隸屬函數(shù)為：100000.310.6900010000000.60.4000.120.8800，因此就可以得到因素集合Y上的

6、子集。??i5xiinnnpxp???????R??????????4實(shí)例分析實(shí)例分析城郊煤礦一采區(qū)輔助采區(qū)開采煤層為二2煤，采深為407m~466m，煤層單軸抗壓強(qiáng)度為9~10MPa，掘巷時(shí)間不等。區(qū)段保護(hù)煤柱尺寸不一，有20m~97m不等。針對(duì)一采區(qū)輔助采區(qū)膠帶順槽在掘進(jìn)及周圍工作面回采過程中巷道圍巖變形量大，分段對(duì)其進(jìn)行求解出各影響因素的權(quán)重及隸屬度值，進(jìn)而得到各段巷道的影響因子模糊矩陣。R?4.1模糊數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果模糊數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果

7、以Ⅰ段巷道為例，其現(xiàn)場(chǎng)各評(píng)價(jià)因子的數(shù)值為：（0，0.722，10，1.12，11.52），求得各指標(biāo)的權(quán)重為：。將各數(shù)值代入隸屬度函數(shù)，得到模糊矩陣為：???????????????????????R??????????????????將表示權(quán)重的模糊子集與表示隸屬度的模糊矩陣做乘法，而獲得模糊綜合評(píng)價(jià)：R?R?z1==，max=0.586，可見R?R???????????????????????????????????????????

8、????級(jí)的隸屬度0.586最大，所以Ⅰ段巷道的圍巖屬于穩(wěn)定易控制圍巖。v?同理，Ⅱ段~Ⅷ段巷道的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：表2評(píng)判結(jié)果表評(píng)判結(jié)果表Ⅱ段Ⅲ段評(píng)價(jià)因子數(shù)值（0.31.83310.88311.52）（14.81520.78311.52）z2（00.0560.2140.4440.332）（00.02630.1970.7340.089）maxz2v4=0.444v4=0.734圍巖類別不穩(wěn)定難維護(hù)不穩(wěn)定難維護(hù)續(xù)表續(xù)表2Ⅳ段Ⅴ段評(píng)價(jià)因子

9、數(shù)值（14.81520.78311.52）(4.35.92661.38311.52)z2（0.0510.1520.2730.570）(00.1520.55803130.023)maxz2v4=0.57v3=0.558圍巖類別不穩(wěn)定難維護(hù)較不穩(wěn)定較難控制續(xù)表續(xù)表2Ⅵ段Ⅶ段Ⅷ段評(píng)價(jià)因子數(shù)值(14.81560.86711.52)(8.576.29680.86711.52)(11.89680.911.52)z2(00.0260.1970.482