基于組合賦權(quán)法的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)及應(yīng)用

仲淑姮，李燕嬌

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083)

隨著綜合機(jī)械化水平的提高，礦井回采工作面推進(jìn)速度越來(lái)越快，但掘進(jìn)面推進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后，大多數(shù)礦井都存在采掘接替緊張問(wèn)題[1-3]。為了提高整個(gè)礦井的煤炭產(chǎn)量，就需要保持采掘之間的平衡，因此提高掘進(jìn)面推進(jìn)速度是保證礦井高效開(kāi)采亟待解決的問(wèn)題[4，5]。而對(duì)回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠清晰直觀(guān)地反應(yīng)其掘進(jìn)水平，針對(duì)其薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)以便提高掘進(jìn)速度。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者也就如何提高巷道掘進(jìn)速度進(jìn)行了大量研究，朱現(xiàn)磊[6]將影響煤巷快速掘進(jìn)的因素歸納為工程地質(zhì)條件、掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)技術(shù)及施工組織管理四個(gè)方面。王學(xué)成[7]對(duì)我國(guó)煤礦井下快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)其存在的問(wèn)題提出今后的發(fā)展方向。吳信友[8]從地質(zhì)構(gòu)造、裝備水平、掘進(jìn)工藝、組織管理水平等方面詳細(xì)分析了其對(duì)巷道快速掘進(jìn)的影響。王群[9]認(rèn)為影響煤礦快速掘進(jìn)的主要原因是支護(hù)工藝與掘進(jìn)工藝之間的不匹配，并通過(guò)改進(jìn)支護(hù)工藝來(lái)提高掘進(jìn)速度。

總結(jié)以上研究可以發(fā)現(xiàn)，影響煤礦回采巷道快速掘進(jìn)的因素有地質(zhì)條件、設(shè)備性能、管理水平和職工技術(shù)水平等，改進(jìn)技術(shù)與裝備、提高組織管理水平可以提高掘進(jìn)速度。這些研究為評(píng)價(jià)煤礦回采巷道快速掘進(jìn)能力提供了理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐，但針對(duì)回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)的研究少之又少。基于此，論文以4個(gè)礦井為研究背景，采用組合賦權(quán)法對(duì)其回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，依據(jù)指標(biāo)體系建立原則(科學(xué)性、可操作性、全面性、時(shí)效性、規(guī)范性)[10，11]。構(gòu)建包含4個(gè)二級(jí)指標(biāo)和17個(gè)三級(jí)指標(biāo)的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中三級(jí)指標(biāo)包含5個(gè)定性指標(biāo)(應(yīng)對(duì)突發(fā)事件能力、機(jī)械化水平、頂板完整程度、制度標(biāo)準(zhǔn)化程度、組織協(xié)調(diào)能力)，12個(gè)定量指標(biāo)，如圖1所示。

圖1 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

回采巷道掘進(jìn)能力受多方面因素影響，屬于綜合評(píng)價(jià)性問(wèn)題，評(píng)價(jià)時(shí)需要采用綜合的評(píng)價(jià)方法與技術(shù)。組合賦權(quán)法在評(píng)價(jià)過(guò)程中將主觀(guān)賦權(quán)法和客觀(guān)賦權(quán)法綜合在一起，規(guī)避了單一方法評(píng)價(jià)時(shí)存在的缺陷，使評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)可靠。基于組合賦權(quán)法的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)的基本思路是：首先確定映射標(biāo)準(zhǔn)與分值矩陣，其次利用主客觀(guān)相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)權(quán)重，最后計(jì)算局部及綜合得分，根據(jù)分值確定評(píng)價(jià)等級(jí)，具體步驟如圖2所示。

圖2 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)步驟

2.1 組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

綜合評(píng)價(jià)中，指標(biāo)權(quán)重占據(jù)著核心地位，權(quán)重值的準(zhǔn)確度直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性。目前指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要分為兩類(lèi)，即主觀(guān)賦權(quán)法和客觀(guān)賦權(quán)法[12，13]。主觀(guān)賦權(quán)法是評(píng)價(jià)主體根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)確定權(quán)重的一種方法。其主觀(guān)隨意性較強(qiáng)，常用的有層次分析法、德?tīng)柗品ā⒍?xiàng)系數(shù)法、環(huán)比評(píng)分法等[14]。客觀(guān)賦權(quán)法是是根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過(guò)一定數(shù)學(xué)方法來(lái)確定權(quán)重，其判斷結(jié)果不依賴(lài)于人的主觀(guān)判斷，有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)，但易忽略指標(biāo)本身的差異性，主要有主成分分析法、熵權(quán)法、變異系數(shù)法等[15]。論文采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)權(quán)重，既可以吸收資深專(zhuān)家的理論與經(jīng)驗(yàn)，又力爭(zhēng)減少賦權(quán)的主觀(guān)隨意性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)可靠。

2.1.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

層次分析法是一種主觀(guān)賦權(quán)法，其將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)層次，通過(guò)構(gòu)建多層次分析模型，獲得影響因素的相對(duì)權(quán)重[16]。根據(jù)已構(gòu)建的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，同層次元素間進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣。指標(biāo)與指標(biāo)之間的相對(duì)重要性用數(shù)字1～9及其倒數(shù)作為標(biāo)度進(jìn)行打分，并利用一致性比率CR對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)CR<0.10時(shí)，判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性；否則，需要調(diào)整矩陣直至其滿(mǎn)足一致性標(biāo)準(zhǔn)。為了降低人為主觀(guān)因素的影響，論文采用調(diào)查問(wèn)卷的方式，分別向礦井專(zhuān)業(yè)人員和教學(xué)科研人員發(fā)放10份調(diào)查問(wèn)卷，利用yaahp軟件計(jì)算出每一份調(diào)查問(wèn)卷各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)權(quán)重向量，利用spss軟件進(jìn)行聚類(lèi)分析，將20名專(zhuān)家聚成若干類(lèi)，利用式(1)計(jì)算各類(lèi)權(quán)重系數(shù)，最后利用式(2)確定各指標(biāo)權(quán)重[17]。

2.1.2 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

在信息論中熵是對(duì)不確定性的一種度量，信息量越大不確定性就越小，熵也就越小，反之熵就越大。熵權(quán)法是根據(jù)指標(biāo)值的變異程度來(lái)確定權(quán)數(shù)，是一種客觀(guān)賦權(quán)法[18]。熵權(quán)法確定權(quán)重的步驟如下：

1)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣。設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣X。

2.1.3 組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

組合賦權(quán)法是利用幾何平均將層次分析法確定的主觀(guān)權(quán)向量α=(α1，α2，…，αj)和熵權(quán)法確定的客觀(guān)權(quán)向量β=(β1，β2，…，βj)組合到一塊，其計(jì)算公式為：

2.2 快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)時(shí)，從整體和局部?jī)蓚€(gè)層面入手，根據(jù)總的評(píng)價(jià)結(jié)果從整體把握回采巷道快速掘進(jìn)水平，根據(jù)局部評(píng)價(jià)結(jié)果可以剖析影響回采巷道快速掘進(jìn)的原因。回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，三級(jí)指標(biāo)包含5個(gè)定性指標(biāo)，12個(gè)定量指標(biāo)。評(píng)價(jià)時(shí)為了方便計(jì)算，定性指標(biāo)由現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)人員結(jié)合實(shí)際情況用具體分值進(jìn)行量化，同時(shí)定量指標(biāo)也根據(jù)其實(shí)測(cè)值映射為具體分值，其映射標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。根據(jù)各指標(biāo)的分值矩陣Rij，結(jié)合組合賦權(quán)法確定的各指標(biāo)權(quán)重，局部得分的計(jì)算公式為：

表1 各指標(biāo)值映射標(biāo)準(zhǔn)

在局部得分的基礎(chǔ)上，回采巷道快速掘進(jìn)能力得分的計(jì)算公式為：

3 實(shí)例應(yīng)用與分析

論文以四個(gè)礦井(A、B、C、D)為例對(duì)其回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。3202回采巷道位于A(yíng)礦的2#煤層，煤層瓦斯含量為0～2m3/t，直接頂巖性為泥巖；10905回采巷道位于B礦9#煤層，煤層瓦斯含量為3 ～ 5m3/t，直接頂巖性為泥巖和砂質(zhì)泥巖；11602回采巷道位于C礦6#煤層，煤層瓦斯含量為10～13.6m3/t，直接頂巖性為粉砂巖；2301回采巷道位于D礦3#煤層，煤層瓦斯含量為2～4m3/t，直接頂巖性為泥巖和細(xì)砂巖。四個(gè)回采巷道掘進(jìn)面各指標(biāo)實(shí)測(cè)值及映射分值見(jiàn)表2。

表2 各指標(biāo)實(shí)測(cè)值及映射分值

3.1 組合權(quán)重計(jì)算

層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重時(shí)，首先用1～20的數(shù)字對(duì)20份調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行編號(hào)，然后利用yaahp軟件計(jì)算出每一份調(diào)查問(wèn)卷各指標(biāo)權(quán)重，最后利用SPSS軟件對(duì)權(quán)重向量進(jìn)行聚類(lèi)分析，論文將20名專(zhuān)家聚為4類(lèi)。利用式(1)計(jì)算指標(biāo)體系中第二層各類(lèi)的權(quán)重系數(shù)為：0.0053、0.0211、0.0842、0.8894；第三層各類(lèi)的權(quán)重系數(shù)為：0.0042、0.0042、0.0382、0.9534，然后利用式(2)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。其次根據(jù)各指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值利用熵權(quán)法計(jì)算其權(quán)重，最后利用式(3)將層次分析法確定的權(quán)重與熵權(quán)法確定的權(quán)重組合到一起計(jì)算最終權(quán)重，其權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)表2所得的各指標(biāo)組合權(quán)重，結(jié)合其實(shí)測(cè)值所映射的具體分值，利用式(4)和式(5)分別計(jì)算出各回采巷道快速掘進(jìn)能力的局部得分及總體得分，根據(jù)得分情況依照表1確定評(píng)價(jià)等級(jí)，其計(jì)算結(jié)果及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)見(jiàn)表4。4個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力得分排序依次為：A礦3202回采巷道、D礦2301回采巷道、B礦10905回采巷道、C礦11602回采巷道。3202、2301回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)為“較強(qiáng)”，其余兩個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“中等”，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本相符合。3202、2301回采巷道快速掘進(jìn)能力基本滿(mǎn)足采掘接替需要，10905、11602回采巷道快速掘進(jìn)能力有待進(jìn)一步提高。

表4 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)主要從人、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)環(huán)境、管理四個(gè)方面進(jìn)行，地質(zhì)環(huán)境是自然條件形成的，屬于固有影響因素。3202、2301回采巷道地質(zhì)條件相對(duì)較好，評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”，10905、11602回采巷道評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“中等”。3202、2301回采巷道機(jī)械設(shè)備評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”，10905、11602回采巷道屬于“中等”，受地質(zhì)條件影響其評(píng)價(jià)結(jié)果大體上與地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。3202回采巷道人的評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”，其余三個(gè)回采巷道都屬于“中等”，表明B、C、D礦回采巷道職工整體素質(zhì)不高。4個(gè)回采巷道管理評(píng)價(jià)等級(jí)都屬于“較強(qiáng)”，說(shuō)明4個(gè)礦在管理方面更為重視。

通過(guò)以上分析可以得到，制約回采巷道快速掘進(jìn)的主控因素是“地質(zhì)環(huán)境”，其在回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重最高。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)(3202、2301)，回采巷道掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)相對(duì)較好，其掘進(jìn)水平一般都能滿(mǎn)足采掘接替需要；當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境屬于中等或較差時(shí)(10905、11602)，回采巷道掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)為中等及以下，掘進(jìn)水平一般不能滿(mǎn)足采掘接替需要，此時(shí)，就需要從其他三個(gè)方面來(lái)提高其掘進(jìn)水平，比如：①通過(guò)加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)設(shè)備維修保養(yǎng)的頻率、降低設(shè)備故障次數(shù)；②加強(qiáng)職工繼續(xù)教育與培訓(xùn)、提高職工的福利待遇，減少職工的流動(dòng)頻率；③提高管理者的管理水平，加強(qiáng)管理者與現(xiàn)場(chǎng)工作人員的交流溝通等方式最大限度地提高回采巷道掘進(jìn)能力，力爭(zhēng)使其掘進(jìn)水平達(dá)到較強(qiáng)及以上，從而保障采掘接替平衡。

4 結(jié) 論

1)構(gòu)建了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建原則，通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從“人、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)環(huán)境、管理”四個(gè)方面構(gòu)建了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 。

2)建立了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)模型。首先確定映射標(biāo)準(zhǔn)，其次利用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法確各指標(biāo)權(quán)重，規(guī)避了單一方法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)存在的缺陷，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值構(gòu)建分值矩陣，最后結(jié)合映射標(biāo)準(zhǔn)確定評(píng)價(jià)等級(jí)。

3)利用評(píng)價(jià)模型對(duì)四個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定了制約其快速掘進(jìn)的關(guān)鍵因素為“地質(zhì)環(huán)境”，并指出通過(guò)加強(qiáng)設(shè)備維修與保養(yǎng)頻率、提高職工教育培訓(xùn)質(zhì)量、加強(qiáng)管理者與現(xiàn)場(chǎng)工作人員的溝通交流等方式提高掘進(jìn)速度，滿(mǎn)足采掘接替需要。