礦產(chǎn)資源工程施工中災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用研究

訾小妮

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741025）

我國礦業(yè)開發(fā)規(guī)模日漸開闊，礦產(chǎn)資源需求量也在同日增長[1]。在當前大限度開采礦產(chǎn)資源的背景下，礦產(chǎn)資源雖然為我國帶來了巨大經(jīng)濟收益，卻在開采過程中沒有展開合理的開發(fā)利用，從而誘發(fā)嚴重的地質(zhì)災害。礦山地質(zhì)災害使礦下作業(yè)面臨巨大威脅，不僅嚴重污染了周邊環(huán)境，還會造成地下礦井粉碎，坍塌時噴出大量瓦斯，影響著作業(yè)人員的生命安全[2]。為了使開采礦山時存在的災害風險大幅度降低，保護從業(yè)者生命和企業(yè)財產(chǎn)安全，進行礦山災害預測預警是當下采礦行業(yè)迫在眉睫的需求，就此研究礦產(chǎn)資源工程施工中災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在大數(shù)據(jù)背景下，根據(jù)現(xiàn)有礦山地質(zhì)信息，針對礦產(chǎn)資源開采的發(fā)展趨勢與變化規(guī)律，推斷預測災害未來的發(fā)展狀況十分必要。通過采用災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對礦產(chǎn)資源工程施工中災害發(fā)生前進行安全監(jiān)測，完成了對施工災害的安全預報與監(jiān)控，確保了礦產(chǎn)資源工程施工的順利進行。礦產(chǎn)資源工程施工中災害產(chǎn)生的類型眾多，且致災形成機理較為復雜，這使準確探明災害的發(fā)展十分艱難，而災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)這種新的實踐形式，為后續(xù)采礦工程的發(fā)展提供了新的契機。

1 基于預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)的礦產(chǎn)資源工程施工方法設計

1.1 建立礦山施工環(huán)境系數(shù)模型

在對礦產(chǎn)資源工程施工方法的設計中，此次應用研究采用確定性礦產(chǎn)資源施工環(huán)境系數(shù)模型，并對開采過程中的關(guān)鍵性信息進行選取[3]。在礦山施工環(huán)境系數(shù)模型的構(gòu)建中，選用概率函數(shù)的表達方式作為構(gòu)建初級系數(shù)模型的計算公式，那么概率函數(shù)AM可表示為下式：

在上式（1）中，A為礦山災害在一般情況下發(fā)生的條件概率，S為礦山災害在整個礦山施工環(huán)境內(nèi)發(fā)生的先驗概率。基于公式（1）可以對每一數(shù)據(jù)層的AM進行計算，然后合并所有數(shù)據(jù)層內(nèi)的概率函數(shù)AM。假設需要合并的兩個數(shù)據(jù)層的概率函數(shù)分別為m和n，那么合并后的結(jié)果H可用如下公式表示：

根據(jù)對上式（2）的求導，此時能夠得出礦山施工環(huán)境系數(shù)模型。

1.2 確定礦產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子

依據(jù)礦山施工環(huán)境系數(shù)模型，需要合并礦山施工環(huán)境系數(shù)模型中的各因子數(shù)據(jù)層，在合并過程中，區(qū)域字段為概率函數(shù)AM值。在礦產(chǎn)施工災害中的關(guān)鍵影響因子進行確定時，為形成一新的數(shù)據(jù)層，需要合并其中兩個因子數(shù)據(jù)層，再將合并結(jié)果與下一個因子數(shù)據(jù)層合并，循環(huán)操作，直至所有數(shù)據(jù)層合并為一個總體數(shù)據(jù)層。將總體數(shù)據(jù)層的AM字段值進行分類，可以一共劃分成5個等級。具體劃分標準及每級描述如下表1所示。

表1 AM穩(wěn)定性級別劃分

在表1中可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)層中各個代碼下的AM字段值存在特定范圍。這表示公式（2）對于礦山施工時所產(chǎn)生的計算結(jié)果有所不同，通過公式（2）所得結(jié)果，可以對產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子貢獻值，設貢獻值為T，則表示方式為：

根據(jù)上式（3），能夠?qū)⒚總€圖層因子的相對貢獻值計算出來，根據(jù)所得貢獻值的大小，能夠?qū)ΦV產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子進行確定，所得貢獻值越大，相應的影響因子越能影響礦山施工過程。設T1、T2、T3為T中的較大值，那么這三個值即為礦山施工時的關(guān)鍵影響因子。

1.3 明確礦產(chǎn)施工時影響因子的權(quán)重

常規(guī)情況下，影響因子主要能夠劃分為四個部分，分別為基礎(chǔ)因子、發(fā)育因子、激發(fā)因子，以及易損因子。礦山施工產(chǎn)生的貢獻值大小與影響因子的權(quán)重息息相關(guān)，根據(jù)上文所確定的關(guān)鍵影響因子T1、T2、T3，可以將這三種因子，聯(lián)合作為礦山施工時的發(fā)育基礎(chǔ)因子，從而進一步采用災害數(shù)據(jù)系統(tǒng)對礦山施工環(huán)境進行監(jiān)管。

為對礦山施工時產(chǎn)生的作業(yè)指標作標準定量，在確定指標時采用五分法對礦區(qū)施工環(huán)境內(nèi)發(fā)育基礎(chǔ)因子賦值，賦值大小為自然數(shù)值，賦值方式采用公式（3）對影響因子總體貢獻值進行推導。賦值完畢后歸一化處理量化指標，并對各類因子作等級的劃分，具體劃分結(jié)果如下表2所示。

表2 發(fā)育基礎(chǔ)因子總體貢獻值劃分表

依據(jù)上表2的賦值結(jié)果，可以明顯發(fā)現(xiàn)主要影響因子在礦區(qū)施工環(huán)境內(nèi)總體貢獻值的取值范圍，設礦山施工災害中影響因子的權(quán)重為P，總體貢獻值為G，則可以得出公式：

通過公式（4），可以得出災害中發(fā)育基礎(chǔ)因子所占權(quán)重。使用預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)重的大小，完成對礦產(chǎn)資源工程的整體施工。

2 實驗研究

2.1 實驗準備

為驗證礦產(chǎn)資源工程施工中災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)所產(chǎn)生的應力，為此設置對比實驗研究。在實驗過程中，隨機選取M礦山區(qū)域作為實驗所需環(huán)境，設置數(shù)據(jù)系統(tǒng)預測礦產(chǎn)資源工程施工中災害的方法為實驗組，設置傳統(tǒng)方法為實驗對照組，在同樣環(huán)境下驗證兩種方法對M礦山區(qū)域的應力。在礦山開采過程中，應力與礦山坍塌程度有關(guān)，應力越小，采礦過程越安全。

2.2 礦山施工中應力測試

在礦產(chǎn)資源工程實際施工中，首先布置礦產(chǎn)施工中與應力發(fā)生感應的傳感器，進而根據(jù)傳感器的位置明確具體施工巷道，根據(jù)掘進深度的不同，感應出不同的應力，最終完成對采礦施工中所產(chǎn)生的應力的測試。依次采用傳統(tǒng)方法與災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法，對M礦山區(qū)域進行應力測試，隨著掘進深度的增加，兩種方法所得出的測試結(jié)果，可以表示在下圖1中。

圖1 施工應力測試結(jié)果

由上圖1能夠發(fā)現(xiàn)，伴隨掘進深度的不斷增大，傳統(tǒng)方法與預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法所得的應力結(jié)果也逐漸產(chǎn)生了差異。在同樣的起點下，傳統(tǒng)方法的應力測試結(jié)果隨掘進深度的增加不斷增大，存在明顯上升趨勢；預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法所得的應力結(jié)果，雖也呈現(xiàn)上升趨勢，不過上升趨勢較小，在47.05m時，上升速度更為緩慢，測試結(jié)果基本持平在210.00N。在掘進深度為60m時，傳統(tǒng)方法所得測試結(jié)果為569.03N，預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法所得測試結(jié)果為209.02N，應用預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)測得的應力比傳統(tǒng)方法小了360.01N。

3 結(jié)束語

在實際礦山施工中，對災害事故的預測方法，能夠?qū)ξ覈V產(chǎn)資源的開采工程起著至關(guān)重要的作用。災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的環(huán)境影響因素，完成對礦山災害的預測工作，有效改善礦山災害預測預警的效果。通過運用傳統(tǒng)方法與災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法，對礦山施工中產(chǎn)生的應力進行測試，并得出實驗結(jié)論：相較傳統(tǒng)方法，災害預測數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用法測得的應力更小，更大程度上保障了作業(yè)人員及周邊環(huán)境的安全，對今后礦產(chǎn)資源施工具有重要意義。