對煤與瓦斯突出受構(gòu)造物理環(huán)境研究認(rèn)為：影響煤與瓦斯突出的主要因素包括4個(gè)方面，即：構(gòu)造帶瓦斯、構(gòu)造介質(zhì)、構(gòu)造組合以及構(gòu)造應(yīng)力場，其中包含了瓦斯壓力、構(gòu)造煤的發(fā)育規(guī)模等因素。在預(yù)測煤與瓦斯突出危險(xiǎn)程度時(shí)，不僅需要考慮每一個(gè)因素對突出的影響程度，而且要確定主要因素對不同突出危險(xiǎn)所起的作用。由于影響突出的主要因素對不同突出危險(xiǎn)性界限往往是不明確的，具有一定的模糊性，因此，煤與瓦斯突出是一個(gè)多因素決定的模糊事件，模糊綜合評判是一種對多個(gè)因素所影響的事件進(jìn)行綜合評判的有效方法。運(yùn)用模糊綜合評判的方法對工作面的突出危險(xiǎn)性進(jìn)行評判，可以把工作面的突出危險(xiǎn)性分出不同的等級，將對防突工作提供一定的依據(jù)。

1模糊綜合評判的原理

模糊綜合評判是通過建立m種因素構(gòu)成的因素集U和n種決策構(gòu)成的決策集V的基礎(chǔ)上，給出U的權(quán)重分配集A，構(gòu)成從U到V的模糊關(guān)系矩陣R即：



其中，Μr（u_i,υ_j）=rij表示因素ui對分級集υi的隸屬度。

將權(quán)重合A輸入模糊關(guān)系矩陣中，進(jìn)行綜合評判可以得到模糊決斷集B，即：



按照最大隸屬度原則，即可行到模糊綜合評判結(jié)果。

2模糊綜合評判模型的建立及應(yīng)用

2.1確定因素U

U={u1,u2,…un}，即對工作面突出危險(xiǎn)性有影響的因素集。

工作面煤與瓦斯突出是多種因素綜合作用的結(jié)果，對于因素集的選取應(yīng)盡可能全面，以便確定合理的突出危險(xiǎn)性等級。根據(jù)煤與瓦斯突出的綜合假說以及通過對平頂山礦區(qū)工作面突出情況的統(tǒng)計(jì)分析，對工作面突出危險(xiǎn)性的影響因素選取如下6個(gè)因素：最大瓦斯壓力P，軟分層厚度、最大鉆孔瓦斯涌出初速度q、最小堅(jiān)固性系數(shù)?、最大開采深度以及打鉆時(shí)動(dòng)力現(xiàn)象，它們分別與因素集中的u1、u2、u3、u4、u5和u6相對應(yīng)。

2.2 煤與斯突出危險(xiǎn)性等級.

V={u1,u2,…um}

即煤瓦斯突出危險(xiǎn)性等級.

煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等級還沒有一個(gè)明確的界限,根據(jù)對平頂山礦工作面突出情況的統(tǒng)計(jì),將工作面的突出危險(xiǎn)性可以劃分為3個(gè)等級,即υ1、為一般突出危險(xiǎn)υ2、為中等突出危險(xiǎn)υ3、為嚴(yán)重突出危險(xiǎn),統(tǒng)計(jì)表明:平項(xiàng)山礦山區(qū)各指標(biāo)值與值與突出危險(xiǎn)性的關(guān)系如表1所示。

表1 各指標(biāo)大小同突出危險(xiǎn)性的關(guān)系



指標(biāo)包括定量和定性指標(biāo)，對于定量指標(biāo)與突出危險(xiǎn)性的關(guān)系，可以采用實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析得出，而對于定性指標(biāo)，如打鉆時(shí)動(dòng)力現(xiàn)象，往往表現(xiàn)為噴孔、頂鉆和夾鉆等，我們可以用無量綱值來量化，在這里1代表打鉆時(shí)動(dòng)力現(xiàn)象最嚴(yán)重的情況，指噴孔，0.5~1區(qū)間代表鉆、頂鉆等輕微動(dòng)力現(xiàn)象，而小于0.5表示打鉆時(shí)未出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象，其值的大小可以根據(jù)實(shí)際的動(dòng)力現(xiàn)象大小在各個(gè)區(qū)間適當(dāng)取值。

2.3 確定各因素模糊矩陣關(guān)系R

R是著眼于因素集U上到分級集V上的一個(gè)模糊關(guān)系，?R（ui,υj）=rij表示因素ui對分級集υj的隸屬度。通過建立各因素的隸屬函數(shù)，可以求出其相應(yīng)的隸屬度，本文中所選取的隸屬函數(shù)，可以求出其相應(yīng)的隸屬度，本文中所選取的隸屬函數(shù)是在對各因素分析基礎(chǔ)上的半梯形分布，隸屬函數(shù)如（3）所示，這里的Ⅰ為一般突出危險(xiǎn)、Ⅱ?yàn)橹械韧怀鑫ｋU(xiǎn)、Ⅲ為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)。



平頂山礦區(qū)3個(gè)工作面各因素原始數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 工作面名稱及各因素原始數(shù)據(jù)



將表2中原始數(shù)據(jù)代入隸屬度函數(shù)（3）中，計(jì)算出各因素屬于同不突出危險(xiǎn)性的隸屬度，則可得出模糊關(guān)系矩陣R。

2.4 確定各單因素的模糊權(quán)重集A

A=（a1, a1,…am）

在權(quán)重集合中：



權(quán)重的確定方法有很多種，如根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)和專家經(jīng)驗(yàn)、多元回歸分析法、灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析法等來確定。但不論哪種方法都必須遵循以下原則，即主導(dǎo)因子對危險(xiǎn)度的影響最大，故權(quán)重亦最大，其它因子若與主導(dǎo)因子相關(guān)性越大，對危險(xiǎn)度的影響也越大，對危險(xiǎn)度的影響也較大，相應(yīng)其權(quán)重亦大。本文中選擇灰色和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析來確定權(quán)重，可以克服專家經(jīng)驗(yàn)法中人的主觀性對權(quán)重確定的偏差。計(jì)算出各因素的關(guān)聯(lián)度，然后歸一化即可得到各因素的權(quán)重值。通過對平頂山礦區(qū)突出狀況的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出其關(guān)聯(lián)度如下：

A=（0.561，0.396，0.589，0.872，0.452，0.591）

歸一化后得到：

A=（0.131，0.171，0.114，0.252，0.162，0.170）

2.5 模糊綜合評判結(jié)果

將模糊關(guān)系矩陣R與權(quán)重向量A代入模糊綜合評判式（2）中，可以得到評判向量B，在這里，為了考慮影響突出的所有因素，而不致使信息丟失過多，算子“?！辈捎媚Ｐ蚆（∧，⊕）來進(jìn)行評判。在模型中：“∧”為取小運(yùn)算，而“⊕”表示為：а⊕β= min(1,α+β)，按此模型可得：，由此得到表3所示3個(gè)工作面分級結(jié)果。

表3 工作面突出危險(xiǎn)性公級結(jié)果



3結(jié)語

通過建立基于模糊綜合評判的工作面煤與瓦斯突出的模型，并應(yīng)用于具體工作面煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的綜合評判得出了工作面的突出危險(xiǎn)性等級，結(jié)果表明：該方法能夠綜合考慮多種因素對煤與瓦斯突出的影響，避免了利用單因素對工作面突出危險(xiǎn)性的分級提供了一種有效的方法，同時(shí)將對防突分級管理提供一定的指導(dǎo)意義。