煤礦井下采選充一體化評(píng)價(jià)模型創(chuàng)建與應(yīng)用

劉殿德 陳志峰 糜行軍

（滕州郭莊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 滕州 277500）

1 煤礦井下采選充一體化的概念與系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下采選充一體化的開(kāi)采方式有效控制了地表下沉，為綠色礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ)[1]。煤礦井下采選充一體化由井下煤矸石洗選系統(tǒng)和充填采煤系統(tǒng)組成，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作流程是由這兩個(gè)部分完成的。其整體示意圖[2]如圖1。

圖1 井下分選系統(tǒng)和充填采煤系統(tǒng)示意圖

與傳統(tǒng)的采煤和充填方式相比，煤礦井下采選充一體化技術(shù)是在井下進(jìn)行煤炭開(kāi)采、矸石分選和回填充填，建立了采選充相連結(jié)的循環(huán)閉合體系[3]，實(shí)現(xiàn)了矸石不出井的目的，就地及時(shí)充填，有效控制覆巖運(yùn)動(dòng)。

2 煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量評(píng)價(jià)模型創(chuàng)建

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

遵循采選充一體化礦山評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則，將評(píng)價(jià)體系分為三層：采選充一體化礦山評(píng)價(jià)體系；采煤、選矸、充填；具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 權(quán)重改進(jìn)

模糊綜合評(píng)價(jià)法通常使用的是超標(biāo)賦權(quán)法，這種賦權(quán)方法存在一定缺陷，即無(wú)法用權(quán)重的形式表現(xiàn)評(píng)價(jià)對(duì)象和指標(biāo)之間的關(guān)系[4]。本文進(jìn)行組合賦權(quán)，采用乘法集成法將層次分析法確定的權(quán)重V與變異系數(shù)法確定的權(quán)重W進(jìn)行結(jié)合，得出權(quán)重Wi'為[5]：

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法改進(jìn)

本文在對(duì)煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用梯形分布確定隸屬度函數(shù)。最大隸屬度原則是傳統(tǒng)的模糊綜合評(píng)價(jià)法最常使用的隸屬度計(jì)算法，但這種方法存在很大的弊端。當(dāng)兩個(gè)隸屬度等級(jí)非常接近時(shí)，只依靠最大隸屬度原則進(jìn)行判斷會(huì)過(guò)于武斷。因此本模型對(duì)隸屬度評(píng)判加以改進(jìn)，對(duì)隸屬度加一個(gè)有效度判斷，定義最大隸屬度原則的有效度α為：

式中：n為綜合評(píng)價(jià)矩陣B中元素個(gè)數(shù)；β為最大隸屬度；γ為第二大隸屬度。

當(dāng)α≥0.5時(shí)，采用最大隸屬度的方法進(jìn)行判斷；當(dāng)α＜0.5 時(shí)，采用加權(quán)平均原則確定隸屬等級(jí)[5]：

式中：bj為評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)于第j等級(jí)的隸屬度；c為加權(quán)系數(shù)，本研究取2，目的是控制較大的bj起作用。

2.4 指標(biāo)權(quán)重確定

一級(jí)指標(biāo)判別矩陣見(jiàn)表2。

表2 一級(jí)指標(biāo)判別矩陣

將：[x,d]=eig(A)

A=[1,4,2;1/4,1,1/3;1/2,3,1/4]

[x,d]=eig(A)

輸入到MATLAB 軟件中，得到一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分別為：采煤0.379、選矸0.253、充填0.368。

3 煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量評(píng)價(jià)軟件開(kāi)發(fā)

為了更好地進(jìn)行煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量的評(píng)價(jià)，優(yōu)化評(píng)價(jià)流程，根據(jù)前文建立的評(píng)價(jià)流程開(kāi)發(fā)出“MBF”評(píng)價(jià)軟件。

本軟件具體操作步驟如下：

1）原始數(shù)據(jù)采集

按照各編輯文本框所對(duì)應(yīng)標(biāo)簽的含義，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、抽查資料等形式，采集各種原始數(shù)據(jù)，應(yīng)保證收集的數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確。

2）數(shù)據(jù)輸入

將采集的數(shù)據(jù)分窗口依次輸入，輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)是具體數(shù)值。若輸入錯(cuò)誤則會(huì)彈“輸入錯(cuò)誤”對(duì)話(huà)框。此外，數(shù)據(jù)量綱應(yīng)符合各指標(biāo)要求。將經(jīng)過(guò)專(zhuān)家打分法計(jì)算出的各個(gè)指標(biāo)的評(píng)分、MATLAB 軟件計(jì)算出的權(quán)重以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)分別輸入到軟件輸入端。

3）計(jì)算

進(jìn)行模糊綜合分析中的隸屬度計(jì)算，并將隸屬度矩陣與權(quán)重相結(jié)合，得出評(píng)價(jià)矩陣。在點(diǎn)擊計(jì)算按鈕以前應(yīng)確定前面輸入的所有數(shù)據(jù)的數(shù)值和量綱無(wú)誤。

4）評(píng)價(jià)結(jié)果分析

本軟件的評(píng)價(jià)結(jié)果以可靠性評(píng)語(yǔ)的形式輸出。對(duì)隸屬度矩陣有效度α 進(jìn)行判斷，當(dāng)α ≥0.5 時(shí)，采用最大隸屬度的方法進(jìn)行判斷；當(dāng)α＜0.5 時(shí)，采用加權(quán)平均原則確定隸屬等級(jí)。由前文可知，本文的可靠性評(píng)語(yǔ)分四級(jí)，分別為“優(yōu)”“良”“中”“差”，每種評(píng)語(yǔ)都對(duì)應(yīng)著一分值區(qū)間。

4 采煤作業(yè)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

將從郭莊煤礦礦井現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)、指標(biāo)評(píng)分，具體見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)采煤指標(biāo)數(shù)據(jù)

由“MBF”評(píng)價(jià)軟件顯示的結(jié)果界面，如圖2所示?？梢钥闯觯航?jīng)采選充一體化示范工程質(zhì)量評(píng)價(jià)軟件對(duì)郭莊煤礦的采煤作業(yè)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出工程質(zhì)量對(duì)“優(yōu)”的隸屬度為0.865，對(duì)“良”的隸屬度為0.102，對(duì)“中”的隸屬度為0.033，對(duì)“差”的隸屬度為0。由此得出郭莊煤礦采煤作業(yè)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”。

圖2 運(yùn)行結(jié)果圖

5 結(jié)論

煤礦井下采選充一體化技術(shù)，是節(jié)省人力、物力成本和實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明的切入點(diǎn)，是踐行綠色礦山的重要舉措。本文以郭莊煤礦為研究背景，構(gòu)建了煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。根據(jù)構(gòu)建的煤礦井下采選充一體化工程質(zhì)量評(píng)價(jià)模型開(kāi)發(fā)了“MBF”評(píng)價(jià)軟件；運(yùn)用“MBF”評(píng)價(jià)軟件對(duì)郭莊煤礦采煤作業(yè)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”。