礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用研究

訾小妮

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

我國(guó)礦業(yè)開發(fā)規(guī)模日漸開闊，礦產(chǎn)資源需求量也在同日增長(zhǎng)[1]。在當(dāng)前大限度開采礦產(chǎn)資源的背景下，礦產(chǎn)資源雖然為我國(guó)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)收益，卻在開采過(guò)程中沒(méi)有展開合理的開發(fā)利用，從而誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。礦山地質(zhì)災(zāi)害使礦下作業(yè)面臨巨大威脅，不僅嚴(yán)重污染了周邊環(huán)境，還會(huì)造成地下礦井粉碎，坍塌時(shí)噴出大量瓦斯，影響著作業(yè)人員的生命安全[2]。為了使開采礦山時(shí)存在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大幅度降低，保護(hù)從業(yè)者生命和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)行礦山災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警是當(dāng)下采礦行業(yè)迫在眉睫的需求，就此研究礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在大數(shù)據(jù)背景下，根據(jù)現(xiàn)有礦山地質(zhì)信息，針對(duì)礦產(chǎn)資源開采的發(fā)展趨勢(shì)與變化規(guī)律，推斷預(yù)測(cè)災(zāi)害未來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r十分必要。通過(guò)采用災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對(duì)礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害發(fā)生前進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，完成了對(duì)施工災(zāi)害的安全預(yù)報(bào)與監(jiān)控，確保了礦產(chǎn)資源工程施工的順利進(jìn)行。礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害產(chǎn)生的類型眾多，且致災(zāi)形成機(jī)理較為復(fù)雜，這使準(zhǔn)確探明災(zāi)害的發(fā)展十分艱難，而災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)這種新的實(shí)踐形式，為后續(xù)采礦工程的發(fā)展提供了新的契機(jī)。

1 基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的礦產(chǎn)資源工程施工方法設(shè)計(jì)

1.1 建立礦山施工環(huán)境系數(shù)模型

在對(duì)礦產(chǎn)資源工程施工方法的設(shè)計(jì)中，此次應(yīng)用研究采用確定性礦產(chǎn)資源施工環(huán)境系數(shù)模型，并對(duì)開采過(guò)程中的關(guān)鍵性信息進(jìn)行選取[3]。在礦山施工環(huán)境系數(shù)模型的構(gòu)建中，選用概率函數(shù)的表達(dá)方式作為構(gòu)建初級(jí)系數(shù)模型的計(jì)算公式，那么概率函數(shù)AM可表示為下式：

在上式（1）中，A為礦山災(zāi)害在一般情況下發(fā)生的條件概率，S為礦山災(zāi)害在整個(gè)礦山施工環(huán)境內(nèi)發(fā)生的先驗(yàn)概率。基于公式（1）可以對(duì)每一數(shù)據(jù)層的AM進(jìn)行計(jì)算，然后合并所有數(shù)據(jù)層內(nèi)的概率函數(shù)AM。假設(shè)需要合并的兩個(gè)數(shù)據(jù)層的概率函數(shù)分別為m和n，那么合并后的結(jié)果H可用如下公式表示：

根據(jù)對(duì)上式（2）的求導(dǎo)，此時(shí)能夠得出礦山施工環(huán)境系數(shù)模型。

1.2 確定礦產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子

依據(jù)礦山施工環(huán)境系數(shù)模型，需要合并礦山施工環(huán)境系數(shù)模型中的各因子數(shù)據(jù)層，在合并過(guò)程中，區(qū)域字段為概率函數(shù)AM值。在礦產(chǎn)施工災(zāi)害中的關(guān)鍵影響因子進(jìn)行確定時(shí)，為形成一新的數(shù)據(jù)層，需要合并其中兩個(gè)因子數(shù)據(jù)層，再將合并結(jié)果與下一個(gè)因子數(shù)據(jù)層合并，循環(huán)操作，直至所有數(shù)據(jù)層合并為一個(gè)總體數(shù)據(jù)層。將總體數(shù)據(jù)層的AM字段值進(jìn)行分類，可以一共劃分成5個(gè)等級(jí)。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)及每級(jí)描述如下表1所示。

表1 AM穩(wěn)定性級(jí)別劃分

在表1中可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)層中各個(gè)代碼下的AM字段值存在特定范圍。這表示公式（2）對(duì)于礦山施工時(shí)所產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果有所不同，通過(guò)公式（2）所得結(jié)果，可以對(duì)產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子貢獻(xiàn)值，設(shè)貢獻(xiàn)值為T，則表示方式為：

根據(jù)上式（3），能夠?qū)⒚總€(gè)圖層因子的相對(duì)貢獻(xiàn)值計(jì)算出來(lái)，根據(jù)所得貢獻(xiàn)值的大小，能夠?qū)ΦV產(chǎn)施工中的關(guān)鍵影響因子進(jìn)行確定，所得貢獻(xiàn)值越大，相應(yīng)的影響因子越能影響礦山施工過(guò)程。設(shè)T1、T2、T3為T中的較大值，那么這三個(gè)值即為礦山施工時(shí)的關(guān)鍵影響因子。

1.3 明確礦產(chǎn)施工時(shí)影響因子的權(quán)重

常規(guī)情況下，影響因子主要能夠劃分為四個(gè)部分，分別為基礎(chǔ)因子、發(fā)育因子、激發(fā)因子，以及易損因子。礦山施工產(chǎn)生的貢獻(xiàn)值大小與影響因子的權(quán)重息息相關(guān)，根據(jù)上文所確定的關(guān)鍵影響因子T1、T2、T3，可以將這三種因子，聯(lián)合作為礦山施工時(shí)的發(fā)育基礎(chǔ)因子，從而進(jìn)一步采用災(zāi)害數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)礦山施工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)管。

為對(duì)礦山施工時(shí)產(chǎn)生的作業(yè)指標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)定量，在確定指標(biāo)時(shí)采用五分法對(duì)礦區(qū)施工環(huán)境內(nèi)發(fā)育基礎(chǔ)因子賦值，賦值大小為自然數(shù)值，賦值方式采用公式（3）對(duì)影響因子總體貢獻(xiàn)值進(jìn)行推導(dǎo)。賦值完畢后歸一化處理量化指標(biāo)，并對(duì)各類因子作等級(jí)的劃分，具體劃分結(jié)果如下表2所示。

表2 發(fā)育基礎(chǔ)因子總體貢獻(xiàn)值劃分表

依據(jù)上表2的賦值結(jié)果，可以明顯發(fā)現(xiàn)主要影響因子在礦區(qū)施工環(huán)境內(nèi)總體貢獻(xiàn)值的取值范圍，設(shè)礦山施工災(zāi)害中影響因子的權(quán)重為P，總體貢獻(xiàn)值為G，則可以得出公式：

通過(guò)公式（4），可以得出災(zāi)害中發(fā)育基礎(chǔ)因子所占權(quán)重。使用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)重的大小，完成對(duì)礦產(chǎn)資源工程的整體施工。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)所產(chǎn)生的應(yīng)力，為此設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨機(jī)選取M礦山區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)所需環(huán)境，設(shè)置數(shù)據(jù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)礦產(chǎn)資源工程施工中災(zāi)害的方法為實(shí)驗(yàn)組，設(shè)置傳統(tǒng)方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，在同樣環(huán)境下驗(yàn)證兩種方法對(duì)M礦山區(qū)域的應(yīng)力。在礦山開采過(guò)程中，應(yīng)力與礦山坍塌程度有關(guān)，應(yīng)力越小，采礦過(guò)程越安全。

2.2 礦山施工中應(yīng)力測(cè)試

在礦產(chǎn)資源工程實(shí)際施工中，首先布置礦產(chǎn)施工中與應(yīng)力發(fā)生感應(yīng)的傳感器，進(jìn)而根據(jù)傳感器的位置明確具體施工巷道，根據(jù)掘進(jìn)深度的不同，感應(yīng)出不同的應(yīng)力，最終完成對(duì)采礦施工中所產(chǎn)生的應(yīng)力的測(cè)試。依次采用傳統(tǒng)方法與災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法，對(duì)M礦山區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，隨著掘進(jìn)深度的增加，兩種方法所得出的測(cè)試結(jié)果，可以表示在下圖1中。

圖1 施工應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

由上圖1能夠發(fā)現(xiàn)，伴隨掘進(jìn)深度的不斷增大，傳統(tǒng)方法與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法所得的應(yīng)力結(jié)果也逐漸產(chǎn)生了差異。在同樣的起點(diǎn)下，傳統(tǒng)方法的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果隨掘進(jìn)深度的增加不斷增大，存在明顯上升趨勢(shì)；預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法所得的應(yīng)力結(jié)果，雖也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，不過(guò)上升趨勢(shì)較小，在47.05m時(shí)，上升速度更為緩慢，測(cè)試結(jié)果基本持平在210.00N。在掘進(jìn)深度為60m時(shí)，傳統(tǒng)方法所得測(cè)試結(jié)果為569.03N，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法所得測(cè)試結(jié)果為209.02N，應(yīng)用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)測(cè)得的應(yīng)力比傳統(tǒng)方法小了360.01N。

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際礦山施工中，對(duì)災(zāi)害事故的預(yù)測(cè)方法，能夠?qū)ξ覈?guó)礦產(chǎn)資源的開采工程起著至關(guān)重要的作用。災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的環(huán)境影響因素，完成對(duì)礦山災(zāi)害的預(yù)測(cè)工作，有效改善礦山災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警的效果。通過(guò)運(yùn)用傳統(tǒng)方法與災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法，對(duì)礦山施工中產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：相較傳統(tǒng)方法，災(zāi)害預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用法測(cè)得的應(yīng)力更小，更大程度上保障了作業(yè)人員及周邊環(huán)境的安全，對(duì)今后礦產(chǎn)資源施工具有重要意義。