基于IAHP- 靶心貼近度法的充填管道可靠性評估

孫 鵬

（廣東省冶金建筑設(shè)計研究院，廣東廣州 510080）

隨著礦產(chǎn)資源開采深部化，越來越多礦山選擇充填采礦法或者嗣后充填采礦法進(jìn)行礦石回采。將尾砂回填至采礦區(qū)，能夠充分回采礦石資源，合理有效控制地壓，實現(xiàn)安全開采和提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。充填采礦法需要建立一套完整、可靠的充填系統(tǒng)，其中，管道輸送系統(tǒng)是整個充填系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生失效情況時，會導(dǎo)致礦山企業(yè)停工停產(chǎn)，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。目前，在充填管道可靠性評估方面，眾多專家和學(xué)者開展了大量的研究工作，取得了一系列的成果，豐富了充填管道可靠性評估理論[1～3]。

由于充填管道可靠性具有隨機(jī)性，并且影響因素之間不相容性，為評估工作帶來不便。靶心貼近度法是有效解決指標(biāo)之間不相容問題的綜合評判方法，具有結(jié)果可靠、計算簡便的優(yōu)勢，在風(fēng)險評估方面得到了廣泛應(yīng)用[4～5]。鑒于此，本文將靶心貼近度法引用到充填管道可靠性評估中，并采用改進(jìn)層次法確定指標(biāo)權(quán)重，以期取得滿意的評價結(jié)果，為充填管道可靠性評估提供新的理論方法。

1 IAHP-靶心貼近度模型

1.1 指標(biāo)主觀權(quán)重的計算

傳統(tǒng)的層次分析法是以九標(biāo)度理論為基礎(chǔ)，建立指標(biāo)之間的比較矩陣，需要多次進(jìn)行判斷矩陣的調(diào)整，才能滿足對一致性的要求而獲得較為理想的權(quán)重。在權(quán)重計算過程中，主觀評價者對事物認(rèn)識的局限性可能會影響指標(biāo)的客觀性，導(dǎo)致最終評價結(jié)果不理想。特別是在指標(biāo)之間不相容時，評估結(jié)果可能會出現(xiàn)較大的差錯。鑒于此，本文引入三標(biāo)度理論對傳統(tǒng)層次分析加以改進(jìn)，具體計算過程如下[6]。

1.1.1 建立比較矩陣

基于三標(biāo)度理論構(gòu)建比較矩陣A：

式中，aij表示如下：

1.1.2 建立最優(yōu)傳遞矩陣

最優(yōu)傳遞矩陣R 為：

式中：din=exp（rin）。

1.1.3 主觀權(quán)值計算基于乘積方根法計算指標(biāo)權(quán)重，計算公式如下[6]：

式中，w=[w1，w2，L，wn]T為指標(biāo)權(quán)值。

1.2 靶心貼近度法

靶心貼近度法通過構(gòu)建各指標(biāo)區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)，基于各評價對象關(guān)于各指標(biāo)區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)差距值確定綜合貼近度，通過綜合貼近度的大小，實現(xiàn)對各評價對象優(yōu)劣性評估的理論模型。

1.2.1 區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)[5]，區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

式中：zmn為指標(biāo)參數(shù)值；d 代表了指標(biāo)等級個數(shù)，如本文將充填管道可靠性劃分為4 個等級，則d＝4；hnd、hn0分別為指標(biāo)各等級區(qū)間的最大值和最小值，其中hnl-hnl-1為相鄰的分級區(qū)間的差值；Ymnl為第m個評價對象第n 個評價指標(biāo)關(guān)于第l 個分級的區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

1.2.2 靶心貼近度

通過比較各區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)值，以最大值作為靶心坐標(biāo)，組成靶心坐標(biāo)集Ymn，則靶心貼近度計算公式為：

式中：Uml為貼近度；w 為指標(biāo)權(quán)重，由改進(jìn)層次分析法來確定。

根據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則，比較綜合貼近度，以貼近度大小作為等級劃分依據(jù)。

2 充填管道可靠性綜合評估指標(biāo)體系

在參考了相關(guān)文獻(xiàn)[7－8]和咨詢專家的基礎(chǔ)上，以料漿特性(X1)、管道特性(X2)、充填技術(shù)(X3)為準(zhǔn)則層，以充填料漿骨料體積分?jǐn)?shù)(X11)、充填料漿密度(X12)、平均粒徑(X13)、骨料形狀(X14)、充填料漿腐蝕性(X15)、充填管道內(nèi)徑(X21)、充填管道偏斜率(X22)、充填管道粗糙度(X23)、充填倍線(X31)、輸送流速與臨界流速之比(X32)為指標(biāo)層，構(gòu)建充填管道可靠性綜合評估指標(biāo)體系。將充填管道可靠性劃分為4 個等級，即一般風(fēng)險等級(Ⅰ級)、較大風(fēng)險等級(Ⅱ級)、重大風(fēng)險等級(Ⅲ級)、特大風(fēng)險等級(Ⅳ級)。具體的指標(biāo)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3 模型的應(yīng)用

為驗證本文所建立的基于IAHP-靶心貼近度綜合評價模型的適用性，以湖南某礦山充填系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行充填管道可靠性風(fēng)險評估。其中,該礦山充填管道指標(biāo)取值見表2。

3.1 指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)式(1），得到準(zhǔn)則層比較矩陣為：

根據(jù)式（2）～式（4），先計算準(zhǔn)則層的權(quán)重值，然后計算指標(biāo)層權(quán)重值，其中準(zhǔn)則層指標(biāo)計算結(jié)果為：w=[0.581 0.259 0.160]。指標(biāo)層指標(biāo)計算結(jié)果為：w=[0.145 0.075 0.297 0.022 0.087 0.073 0.099 0.099 0.061]。

3.2 充填管道失效風(fēng)險評估過程

根據(jù)式(5)，可以得到各單指標(biāo)區(qū)間函數(shù)，根據(jù)區(qū)間函數(shù)值，取最大值作為靶心坐標(biāo)，計算結(jié)果見表3。根據(jù)表3，結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，可以得到各等級下的靶心貼近度。為驗證某礦山充填所建立基于IAHP-靶心貼近度法的充填管道可靠性綜合評價模型的準(zhǔn)確性，與云模型和未確知測度理論的評價結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果見表4。

表1 充填管道可靠性指標(biāo)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 充填管道各指標(biāo)取值

表3 靶心坐標(biāo)計算結(jié)果

表4 模型評估計算結(jié)果

根據(jù)貼近度的計算結(jié)果，基于最大隸屬度原則，該礦充填管道可靠性等級為Ⅰ級，這與現(xiàn)場的調(diào)查結(jié)論一致。該礦充填系統(tǒng)自投入使用以來，暫未發(fā)生堵管、跑漿等失效現(xiàn)象，充填管道可靠性較高。

通過與云模型和未確知測度理論的計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，本文所建立的綜合評價模型計算結(jié)果與其他兩種計算結(jié)果完全一致，表明本文所建立的基于IAHP-靶心貼近度的綜合評估模型在充填管道可靠性評估中具有適用性，進(jìn)一步豐富了充填管道可靠性評估理論方法。

4 結(jié)論

1)為克服傳統(tǒng)層次分析法在確定指標(biāo)權(quán)重因受主觀因素影響出現(xiàn)指標(biāo)權(quán)重計算不客觀的弊端，基于三標(biāo)度理論加以改進(jìn)，權(quán)重計算更加客觀合理，能夠保證評價結(jié)果的可靠性。

2) 靶心貼近度法能夠有效處理指標(biāo)不相容、指標(biāo)不確定性的問題，引入靶心貼近度法應(yīng)用到某礦的充填管道可靠性評估中，通過與其他模型計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，基于靶心貼近度法的評價結(jié)果與現(xiàn)場結(jié)論一致，表明該模型具有適用性。

3) 靶心貼近度法計算過程相對簡便、結(jié)果可靠，為充填管道可靠性評估工作提供了一條新思路，可以進(jìn)一步推廣至其他風(fēng)險評估中。