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第3 2卷第4期 2 0 1 5年 l 2月 爆破 BLAS TI NG Vo 1 . 3 2 No . 4 De c . 2 01 5 d o i 1 0 . 3 9 6 3 / j . i s s n . 1 0 0 1 4 8 7 X . 2 0 1 5 . 0 4 . 0 3 2 基 于 A G. AHP和物元模型 的爆破 效果评价研 究 王 训 洪 。 , 郑 明 贵 江西理工大学 a . 资源与环境工程学院; b . 矿业贸易与投资研究中心, 赣州 3 4 1 0 0 0 摘要 爆破 效果是 直接影响拉斗铲作 业效 率及 生产 成本 的重要 因素 , 而爆破效果 受众 多因素 的影 响。结 合工程实际, 从爆破安全、 爆破质量和爆破经济效益三个方面对爆破效果进行综合评价。选取 了爆破震动、 大块率和炸药单耗等 1 O个影响因素, 构建了爆破效果评价指标体系。运用遗传层次分析法确定了评价指标 的权重 . 结合 物元理论 确定 了经典域 和节域 , 建立 了基 于 A G A H P和物元模型的爆 破效果评价模型。将所建 立的模型应用于某铜矿近期六个采场爆破评价, 采用 Ma t l a b软件编程计算了六个采场爆破效果的关联度和 综合 关联度 , 给 出了个采场爆破 效果 , 该评价效果与 实际相吻合 。 关键词 爆破效果; 遗传层次分析法;物元模型; 评价 中图分类号 0 3 8 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 40 1 6 2 0 6 Ev a l u a t i o n o f Bl a s t i ng Effe c t b a s e d o n GA- AHP a n d M a t t e r El e m e n t M o d e l WANG Xu n h o n g , ZHENG Mi n g g ut a . F a c u l t y o f R e s o u r c e a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ; b . R e s e a r c h C e n t e r o f Mi n i n g T r a d e a n d I n v e s t me n t , J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 , C h i n a Ab s t r a c t T h e b l a s t i n g e f f e c t , a s t h e i mp o r t a n t f a c t o r t o d i r e c t l y i n fl u e n c e w o r k i n g p e rfo r ma n c e o f d r a g l i n e a n d p r o d u c t i o n c o s t , i s a f f e c t e d b y v a ri o u s f a c t o r s . C o n s i d e ri n g t h e s a f e t y a n d t h e q u a l i t y a n d t h e e c o n o mi c b e n e fi t s o f b l a s t i n g e f f e c t , s o me f a c t o r s w e r e c h o s e n t o e v a l u a t e t h e b l a s t i n g e f f e c t , s u c h a s t h e b l a s t i n g v i b r a t i o n, b o u l d e r y i e l d, e x p l o s i v e s c o n s u mp t i o n a n d s o me o t h e r f a c t o r s , a n d t h e n a n e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m o f t h e b l a s t i n g e f f e c t w a s e s t a b l i s h e d . T h e G A A H P w a s a p p l i e d t o d e fi n e t h e i n d e x w e i g h t s , a n d t h e c l a s s i c d o m a i n a n d j o i n t d o m a i n w e r e d e t e r - mi n e d c o mb i n e d w i t h t h e ma t t e r e l e me n t t h e o r y, fi n a l l y a n e v alu a t i o n mo d e l o f t h e b l a s t i n g e f f e c t w a s b u i l t b a s e d o n t h e G A AHP a n d ma t t e r e l e me n t mo d e 1 . T h e e s t a b l i s h e d mo d e l wa s a p p l i e d t o s i x c o p p e r mi n e s a n d t h e Ma t l a b s o ft wa r e wa s u s e d t o c a l c u l a t e t h e me mb e r s h i p d e g r e e . T h e r e s u l t s s h o w t h e b l a s t i n g e f f e c t w a s c o mp a r a t i v e l y c o n s i s t e n t wi t h a n d t he e v a l u a t i o n r e s u l t s . K e y wo r ds b l a s t i n g e f f e c t ;G A AHP;ma t t e r e l e me n t mo d e l ;e v alu a t i o n 爆破是矿山生产中的重要环节, 其通过炸药的 收稿 日期 2 0 1 5 0 80 3 作者简 介 王训 洪 1 9 9 0一 , 男 , 硕 士生 , 从 事矿 业技 术经 济研 究 , E m a i l 6 3 1 0 9 2 9 6 9 q q . c o m 。 通讯作者 郑明贵 1 9 7 8一 , 男 , 博士 、 副教授 , 从事 矿业技术经济 研 究 , E m a i l m g z 2 6 8 s i n a . c o no 基金项 目 国家社 会科 学基金项 目 编号 1 2 C GI .0 0 8 ; 江西省高校人 文社会科学研究项 目 编号 J J 1 2 2 1 爆炸能量对周围围岩做功 , 以达到预定工程的目标 。 爆破效果的优劣不仅仅影响矿山的成本和收益, 而 且影响后期的铲装 、 运输 、 破碎等工序 , 因此对爆破 效果进行评 价具有 非常重要 的意义⋯ 。爆破 效果 评价涉及的因素较多 , 而物元模型适用 于多 因素评 价 , 结合遗传层次分析法 , 建立了基于遗传层次分析 法和物元模型的爆破效果评价模型。 第 3 2卷第 4期 王训洪, 郑明贵基于 A G A HP和物元模型的爆破效果评价研究 1 6 3 1 爆破效果评价指标体 系的构建 通过查阅国内外相关 文献 [ 2 . 1 0 ] , 并结合爆 破 实际工程 , 总结出爆破效果评价主要包括三个方面 爆破安全 、 爆破质量 和爆破经济效益。爆破安全主 要考虑爆破振动 、 爆破飞石和破冲击波 ; 爆破质量主 要考虑块度分布 、 大块率 、 根底率和后冲 ; 爆破经济 效益主要考虑炸药单耗 、 爆破效率和爆破 冲孔率。 此次研究 选取爆破安全、 爆破质量和爆破经济 效益为一级评价指标 , 以爆破震动 、 爆破飞石 、 爆破 冲击波、 块度分布 、 大块率和爆破 冲孔率等 1 0个因 素为二级评价指 标。根据 以上一级和二级评 价指 标 , 构建了爆破效果评价指标体 系, 见表 1 。 表 1 爆破效果评价指标体系 Tab l e 1 Bl a st i ng e ffe c t e v a l ua t i on i nde x s y s t e m 2 基于 A G A HP和物元模型的爆破 效果评价模型 2 . 1 遗传层次分析法 A G- A HP 的基本原理 遗传层次分析法的基本原理是利用遗传算法对 层次分析法进行优化 , 根据评价指标体系, 建立判断 矩阵, 然后以判断矩阵为初始群 , 进行选择 、 交叉 和 变异等遗传算子的操作 , 直到找出可接受 的一致性 矩阵 , 最后再通过一致性矩阵计算权重 J 。 2 . 1 . 1 判断矩阵权重的计算及一致性检验 判断矩阵 A中各元素的权重为 t1 , 2, ⋯, n , 且满足W 0 , ∑W 1 。根据一致性矩阵的 定义 , 它们满足以下等式 。 一W i i , 1 , 2 , ⋯ , 1 。 , J。。 , , ⋯ , L 于是有 l o 2 依据判断矩阵的定义 , 式 2 左端 的值越小 , 则 判断矩阵 A的一致 性程度 越高。当式 2 等号 成 立 , 则判断矩阵 A是完全一 致性。因此 , 判 断矩 阵 一 致性检验及 权重 的计算可 以转 换成 以下优 化问 3 f w 0 1 , 2 , ⋯ , n s . t . J 【 , W 1 式 中 C / F n 是一致性 函数 C o n s i s t e n c y I n d e x F u n c t i o n ; 权重 W i 1 , 2 , ⋯, n 是优化变量 , 其余 符号同前。式 3 的全局最小值是 0 , 是一个非线性 优化问题 , 用常规方法较难解决 , 但用遗传算法处理 这类问题却较为简单 。 2 . 2 物元模型基本原理 物 元 模 型是 由我 国蔡 文 教 授 1 9 7 0年 创 立 的 , 融合了数学 、 系统科学 和思维科学 , 介于经典 数学与模糊数学之间的新型学科 , 主要研究事物的 可拓性 , 适用于解决多因素评价与决策的问题 。 2 . 2 . 1 构建物元矩阵 物元模型通常将事物表示为 R N, C , , 其 中 Ⅳ表示事物名称 , c表示事物特征 , 表示事物特征 的量值 , R为事物 的基本元。一个事物通常有多个 特征 , 则用物元表示为 爆破 2 0 1 5年 1 2月 R N C l l C2 V2 1 R2 ● R 4 特性 以及调查 , 初步建立一级指标和二级指标的判 断矩阵。 一 级指标的判断矩阵 式中 称 为多维物元 ; R N, C , , i 1 , 2 , ⋯ ,n 为 R的分物元 。 A 2 . 2 . 2 确定经典域和节域 将评价指标分级, 等级对应的量值范围可按如 下方法确定。 , C i , v j c 1 c 2 c 5 式 中 “ 表示第 个评价等级 1 , 2 , ⋯, m ; c 表示 “ , 的第 i 个特征 i 1 , 2 , ⋯ , n ; v i i 表示第 个 评价等级 中 c 的量值范围, 即为经典域; a j i 、 b j i 分别 表示 的上、 下限。节域是所有等级的取值范围。 2 . 2 . 3 关联度的计算 关联度计算公式 f , ∈ , J , 、 6 【 “13 i U ji 式中 l I 6 一 a j J ; , 为第 i 项评价指标属 于等级 的关联度。 fp v i, 一 l一 一 U i,JU Ui 一 。 ; 一 号 6 一 7 式中 p , 为评价指标 与经典域之间的 距 ; p , V 为评价指标 与节域之间的距。 2 . 2 . 4 计算综合关联度及评价等级判定 评价结果属于等级 的综合关联度为 ∑W i k i v 8 式中 W 为第 i 个评价指标的权重 。 根据最大隶属度原则对评价等级进行判定 若 U ma x K U , 则评价对象的评价结果等级为 k 级 。 2 . 3基于 AG. A HP和物元模型的爆破效果评价模 型的构建 2 . 3 . 1 权重的确定 1 判断矩阵的确定 依据表 1的爆破评价指标体系 , 结合爆破实际 5 5 3 , 3 4 4 . 二级指标的判断矩阵 A1 l 2 1 1 1 2 1 1 2 l A3 ,A2 , 4 了 3 , 1 2 2 3 1 2 2 3 3 2 3 2 1 2 计算权重 用遗传层次分析法计算评价指标的权重值 。 首先构造适应度 函数 文件 ; 然后设置遗传参数 , 包括种群类型 、 种群尺度、 适应度测量 、 变异算子和 交叉算 子等 ; 最后使 用 Ma t l a b遗传算 法工具 箱求 解 , 计算结果见表2 。 表 2 评价指标权重值 Tab l e 2 As s e s s me nt i n de x we i ght s 2 . 3 . 2 经典域与节域 的确定 将爆破效果划分为差 、 一般 、 较好 、 好 四个等级 , 通过查 阅相关 文献 和结合物元理论 , 并 根据式 5 和表 1 , 确定各二级评价指标的经典域和节域。 2 3 2 , 1 2 3 2 1 ● ● 2 3 1 2 3 第 3 2卷第 4期 王训洪 , 郑明贵基于 A G A HP和物元模型的爆破效果评价研究 1 6 5 R3 Rl n-- - 较好, , l 2 , 1 3 , 2 , , 2 2 , 2 3 , 3 2 , 3 3 ,R4 3 模 型应 用 将所建立的模型应用于某铜矿近期六个采场爆 破效果评价。该矿区大地构造位于华北地 台北缘狼 山一 白云鄂博台缘拗陷带中狼山一渣尔太 山褶断束 狼山复式背斜北翼 。矿 区总体走向为 8 O 。 , 倾 向南 , 倾角 6 5 。 ~ 8 0 。 矿区构造复杂, 表现为断裂构造控制 褶皱 、 后期构造继承并叠加改造早期构造 , 褶皱 由一 系列的 N E 、 N E E向的背向斜组成。一号矿床位于 主背斜南翼 , 只发育有较小的断裂构造和裂隙构造, R2 ,R5 节域, 。 。 , 1 2 , 1 3 , 2 1 , 2 4 , 3 , 3 , 3 3 对矿体无大的破坏作用 。矿体顶板围岩为二云母石 英片岩 , 底板 围岩 为黑 云母 石英 片 岩 , 抗 压强 度 5 8 . 8~1 4 7 MP a , 岩石较坚硬 , 抗风化作用较强。上 部岩体中构造裂隙及片理较发育, 深部岩体的裂隙 及片理不太发育, 岩体稳固性中等。矿石平均体重 3 . 0 9 t / m , 岩石 2 . 8 t / m 。矿 、 岩 松散 系数 分别为 1 . 5 4和 1 . 5 0 。硬度系数 矿石 f11 5 , 上下盘 围 岩 6~1 0 。该六次爆破的二级评价指标实测值详 见表 3 。 表 3 二 级指标实测值 Ta bl e 3 TWO a s s e s s me nt i n de x o f va l ue 以采场 1 为例, 根据表2 、 表3和式 6 、 式 7 、 式 8 , 利用 M a t l a b软件编程计算 出该爆破评 价指 标的关联度和综合关联度 , 计算结果分别见表 4和 表 5 。 般 一 差 , k 好 爆破 2 0 1 5年 1 2月 表 4 采场 1关联度 Ta b l e 4 S t o p 1 o f r e l a t e d d e g r e e 表 5 采场 1 综合关联度 T a b l e 5 S t o p 1 c o mp r e h e n s i v e r e l a t e d d e g r e e 用同样的方法步骤分别计算采场 2 、 3 、 4 、 5 、 6的 关联度和综合关联度 , 由于篇 幅有限, 只列出各采场 的综合关联度 , 结果见表 6 。 表 6 各采场综合关联度 Ta bl e 6 Co mpr e h e ns i ve c or r e l a tion de g r e e o f e a c h s t o pe 孑 L 冲孔率 , 由此构建了爆破效果评价指标体系。 2 运用遗传层次分析法确定了爆破效果评价 指标因素的权重, 结合物元理论, 建立了基于 A G A H P和物元模型爆破效果评价模型。将该模型应用 与某铜矿近期六个采场爆破 , 采用 Ma t l a b软件编程 计算了该六个采场爆破效果的关联度和综合关联 度 , 计算结果显示 采场 4的爆破效果为好 、 采场 1 、 2 和 5的爆破效果为较好 、 采场 6的爆破效果为一般 、 采场 3 的爆破效果为差, 该评价效果与实际相吻合。 3 基于遗传层次分析法和物元模型的评价模 型对爆破效果进行评价更趋客观性 , 评价指标元 素 可根据现场实际情况进行灵活选取, 其评价结果对 优化爆破参数和提高爆破效果具有重要意义。 根据表 6和最大隶属度原则 , 可得出各采场 的 [ ] 爆破效果等级 , 结果见表 7 。 [ 1 ] 表 7 各采场的爆破效果等级 Ta b l e 7 Bl a s ti n g e ffe c t l e v e l f o r e a c h s t o p e [ 2 ] 4 结论 [ 2 ] 1 从爆破安全 、 爆破质量 和爆破经济效益 三 个方面对爆破效果进行评价 , 并将这三个方面细分 为具体的影响因素, 爆破安全的具体影响因素是 爆 破振动、 爆破飞石和爆破冲击波, 爆破质量的具体影 『 3 ] 响因素是 块度分布 、 大块率、 根底率和后冲 , 爆破经 济效益的具体影响因素是 炸药单耗 、 爆破效率和爆 [ 3 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 朱必勇. 基于未确知测度理论的露天矿深孔爆破效果 评价 [ J ] . 爆破 , 2 0 1 5 , 3 2 1 1 4 1 1 4 5 . 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Fu z z y s y n t h e t i c 第 3 2 卷第 4期 王训洪 , 郑明贵基于 A G A H P和物元模型的爆破效果评价研究 1 6 7 [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] [ 9] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 0 ] e v a l u a t i o n on c a s t i ng b l a s t e f f e c t o f He i da i g o u Su r f a c e C o a l Mi n e[ J ] . Me t a l Mi n e , 2 0 1 1 9 5 8 . 6 2 . i n C h i n e s e 赵国彦, 黄治成 , 刘高, 等. 中深孔爆破效果 的 A H P 一 模糊综合评价方法 [ J ] . 矿业研究与开发, 2 0 1 0 2 1 06. 1 08. Z HAO Gu o y a n, HUAN G Z h i c h e n g , L I U Ga o, e t a 1 . C o m p r e h e n s i v e AHP f u z z y e v a l u a t i o n o f e f f e c t o f me d i u m- l e n g t h h o l e b l a s t i n g[ J ] . Mi n i n g R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t , 2 0 1 0 2 1 0 6 1 0 8 . i n C h i n e s e 张建华 , 夏岸雄 , 王涛. 逐孔起爆爆破效果的模糊综 合评价[ J ] . 爆破, 2 0 1 3 , 3 0 4 8 3 8 7 . Z HAN G J i a n h u a, XI A An x i o n g , WANG T a o .B l a s t i n g e f f e c t o f h o l e - b y - h o l e I n i t i a t i o n b a s e d o n f u z z y c o mp l e x e - - v a l u a t i o n [ J ] . 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