[发明专利]一种巷道冒顶影响因素重要性研究方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿业安全，特别是涉及巷道冒顶风险影响因素的重要性排序。

背景技术

巷道冒顶是煤矿开采中常见的安全事故，影响冒顶的因素很多，这些因素有时独立的导致事故发生，有时相互联合导致事故发生。甚至有些因素中包含着另外一些表面并不重要，容易被忽略，但却起着决定作用的隐含因素。更为重要的是，一些影响冒顶的因素可能包含多个这样的隐含因素，同时隐含因素也可能同时被多个因素所包含。这样影响冒顶因素之间可能是一种复杂的网状作用关系，所以导致了尽管进行了长期研究但冒顶原因仍是复杂的现实结果。

目前一般认为，影响巷道冒顶的主要因素包括稳定岩层距巷道顶板表面的距离、地下水渗水量、巷道的跨度、稳定岩层厚度、顶板岩石的抗压强度。这些因素各有一套对于巷道冒顶的风险评价指标，他们之间的变化也可能存在相互影响。关于巷道冒顶的风险预测及分析已进行了一些研究，但这些方法难以同时考虑问题的定性和定量、模糊性和随机性、不确定性等问题。这些问题实际存在于数据的分析过程中，所以是不能被忽略的。

对于上述冒顶问题的分析可分为两部分：一是对于冒顶相关因素及数据本身定性和定量、模糊性和随机性、不确定性等问题解决；二是各因素之间相互关联与联合作用的分析。

对于第一个问题，可使用云模型进行处理。云模型是李德毅院士于20世纪90年代提出的一种能用定性语言与定量数值描述不确定性转换的模型，其应用实效得到认可和推广。云模型的构造和参数设置的特点正满足了巷道冒顶风险分析的要求。

对于第二个问题，从上述分析可知各因素之间的关系是复杂的，对于冒顶的结果各因素之间并不是独立的，而是相互关联的网状系统结构。对于这样的网状结构分析可以使用网络分析（AnalyticNetworkProcess，ANP）模型。1996年T.L.Saaty在层析分析法（AHP）的基础上经过改进提出了一种全新的适于存在内部依存和反馈关系的复杂决策系统的方法，网络分析（AnalyticNetworkProcess，ANP）模型。

这里，结合云模型和ANP的特点，将云模型嵌入ANP分析过程中，构建了云化ANP模型。给出了具体过程和步骤，并使用该模型分析了巷道冒顶风险影响因素的重要性排序。最后与相关模型进行比较说明云化ANP模型有一定的理论和应用价值。

发明内容

1云化ANP模型的建立和分析步骤

构建了基于云模型-层次分析的算法，这相当于云化了AHP方法。ANP是T.L.Saaty在AHP基础之上发展而来的，其研究对象的元素之间是非独立递阶层次结构。将云模型引入AHP的方法和对ANP分析过程的描述，构建云化ANP模型。

ANP对问题的分析大体可分为以下五个基本步骤。

（1）问题分析与分解。用系统的观点进行问题分析，确定系统最终达到的目标。在目标下确定相应的准则，准则之间是独立的，准则与目标的关系实质上是AHP的层次关系，目标和准则形成控制层。准则之下与集群（元素组）相连，准则与集群之间是多对多的关系，即形成网络层。将一个复杂的系统分解为更为简单的几个元素组和元素，列出对评价目标有影响的全部元素。

（2）构造ANP网络结构图。以元素间存在的相对比较关系为依据，组建由元素组和元素组成的网络结构图。可通过问卷调查、专家咨询、会议讨论等方式来确定是否存在比较关系。针对云模型的特点，比较关系评级可以使用云模型来表示。云模型理论釆用自然语言来描述定性的概念，并与其给出的数值之间建立不确定性的转化模型。问卷调查、专家咨询等评价结果数据可转化为云模型，通过逆向云模型得到评价结果云模型的数字特征，从而完成云化ANP的基础。

（3）构建云化判断矩阵

利用云模型改造ANP中的判断矩阵。与AHP相同，这里使用1-9标度法，建立判断矩阵，对决策进行量化表示。设表示九朵云模型，其结构为，。表示九朵云的期望值，用1~9的整数表示，其意义与AHP中的标度法相同。分别表示九朵云模型的熵和超熵。使用黄金分割法计算上述参数，如式(1)所示。得到云模型改造后ANP的1-9标度含义，如表1所示。

（1）

式中，为调节系数，。

表1云化ANP下1-9标度含义

（4）构建云化ANP矩阵计算权重