煤礦井下采選充一體化評價模型創建與應用

劉殿德 陳志峰 糜行軍

（滕州郭莊礦業有限責任公司，山東 滕州 277500）

1 煤礦井下采選充一體化的概念與系統構成

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

圖1 井下分選系統和充填采煤系統示意圖

與傳統的采煤和充填方式相比，煤礦井下采選充一體化技術是在井下進行煤炭開采、矸石分選和回填充填，建立了采選充相連結的循環閉合體系[3]，實現了矸石不出井的目的，就地及時充填，有效控制覆巖運動。

2 煤礦井下采選充一體化工程質量評價模型創建

2.1 評價指標體系構建

遵循采選充一體化礦山評價指標體系構建原則，將評價體系分為三層：采選充一體化礦山評價體系；采煤、選矸、充填；具體的評價指標。見表1。

表1 評價指標體系

2.2 權重改進

模糊綜合評價法通常使用的是超標賦權法，這種賦權方法存在一定缺陷，即無法用權重的形式表現評價對象和指標之間的關系[4]。本文進行組合賦權，采用乘法集成法將層次分析法確定的權重V與變異系數法確定的權重W進行結合，得出權重Wi'為[5]：

2.3 模糊綜合評價法改進

本文在對煤礦井下采選充一體化工程質量進行評價時，采用梯形分布確定隸屬度函數。最大隸屬度原則是傳統的模糊綜合評價法最常使用的隸屬度計算法，但這種方法存在很大的弊端。當兩個隸屬度等級非常接近時，只依靠最大隸屬度原則進行判斷會過于武斷。因此本模型對隸屬度評判加以改進，對隸屬度加一個有效度判斷，定義最大隸屬度原則的有效度α為：

式中：n為綜合評價矩陣B中元素個數；β為最大隸屬度；γ為第二大隸屬度。

當α≥0.5時，采用最大隸屬度的方法進行判斷；當α＜0.5 時，采用加權平均原則確定隸屬等級[5]：

式中：bj為評價對象對于第j等級的隸屬度；c為加權系數，本研究取2，目的是控制較大的bj起作用。

2.4 指標權重確定

一級指標判別矩陣見表2。

表2 一級指標判別矩陣

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，得到一級指標的權重分別為：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量評價軟件開發

為了更好地進行煤礦井下采選充一體化工程質量的評價，優化評價流程，根據前文建立的評價流程開發出“MBF”評價軟件。

本軟件具體操作步驟如下：

1）原始數據采集

按照各編輯文本框所對應標簽的含義，通過現場檢查、抽查資料等形式，采集各種原始數據，應保證收集的數據真實準確。

2）數據輸入

將采集的數據分窗口依次輸入，輸入的數據應是具體數值。若輸入錯誤則會彈“輸入錯誤”對話框。此外，數據量綱應符合各指標要求。將經過專家打分法計算出的各個指標的評分、MATLAB 軟件計算出的權重以及現場實測得到的指標數據分別輸入到軟件輸入端。

3）計算

進行模糊綜合分析中的隸屬度計算，并將隸屬度矩陣與權重相結合，得出評價矩陣。在點擊計算按鈕以前應確定前面輸入的所有數據的數值和量綱無誤。

4）評價結果分析

本軟件的評價結果以可靠性評語的形式輸出。對隸屬度矩陣有效度α 進行判斷，當α ≥0.5 時，采用最大隸屬度的方法進行判斷；當α＜0.5 時，采用加權平均原則確定隸屬等級。由前文可知，本文的可靠性評語分四級，分別為“優”“良”“中”“差”，每種評語都對應著一分值區間。

4 采煤作業工程質量評價

將從郭莊煤礦礦井現場采集到的數據、指標評分，具體見表3。

表3 現場實測采煤指標數據

由“MBF”評價軟件顯示的結果界面，如圖2所示?？梢钥闯觯航洸蛇x充一體化示范工程質量評價軟件對郭莊煤礦的采煤作業工程質量進行評價，得出工程質量對“優”的隸屬度為0.865，對“良”的隸屬度為0.102，對“中”的隸屬度為0.033，對“差”的隸屬度為0。由此得出郭莊煤礦采煤作業工程質量評價結果為“優”。

圖2 運行結果圖

5 結論

煤礦井下采選充一體化技術，是節省人力、物力成本和實現生態文明的切入點，是踐行綠色礦山的重要舉措。本文以郭莊煤礦為研究背景，構建了煤礦井下采選充一體化工程質量評價模型。根據構建的煤礦井下采選充一體化工程質量評價模型開發了“MBF”評價軟件；運用“MBF”評價軟件對郭莊煤礦采煤作業工程質量進行評價，得出工程質量評價結果為“優”。