露天矿爆破效果综合评价模型研究

李明川

摘要：爆破是露天矿回收矿石最主要的途径，爆破效果关乎着采装效率和企业生产成本。爆破效果评估是优化爆破参数设计的依据，当前，露天矿爆破效果评价主要通过观察爆堆形态、后裂及飞石情况进行现场评估，评估工作片面化，不能客观、系统地反映爆破整体效果。因此，开展科学合理的露天矿爆破效果评估研究，对于提升爆破质量和降低企业生产成本具有重要的现实意义。文章以某露天石灰石矿4次爆破过程为例，进行相关计算，验证模型的有效性。结果显示，4次爆破效果综合评定分别为“好、较好、好、好”，与专家现场讨论结果相符合，且与云模型评价结果完全一致，验证了模型的可靠性。该模型计算简便、操作性强，可以为爆破效果评估提供一种新思路。

关键词：爆破效果;物元可拓;序关系分析法;组合赋权;

目前，一些专家和学者在露天矿爆破效果影响因素分析方面进行了大量研究，推动了露天矿爆破技术的发展。而在露天矿爆破效果评估方面研究相对较少，考虑了露天矿爆破效果具有随机性和模糊性特点，基于决策实验室分析法分析了爆破效果影响因素之间的相互关联性，借助结构熵权法计算了指标权重，建立了露天矿爆破效果云理论评价模型，为爆破效果评估提供了可行方法；利用中心点三角白化权函数对灰色聚类法进行优化，建立了基于组合赋权-改进灰色聚类法综合评价模型，获得了满意的应用效果。露天矿爆破效果评估属于定性评估，需要统筹考虑爆破安全、爆破质量和爆破效益等多方面，是一个系统化、综合性评估过程。在评估过程中，受爆破作业现场复杂性和环境因素多变性等影响，评估工作相对复杂。物元可拓模型通过构建单指标隶属度函数，计算各影响因素的隶属度，实现了定性概念的量化分析，在边坡稳定性分析、风险评估等方面应用较多，为具有模糊性、随机性问题的解决提供了方法。

本文将物元可拓评价模型引入到露天矿爆破效果评估中，在构建露天矿爆破效果综合评价指标体系的基础上，应用序关系分析法和熵权法计算指标主观权重和客观权重，采用拉格朗日算法确定指标组合权重，建立基于组合赋权-物元可拓的露天矿爆破效果综合评价模型。最后，以某露天矿为例，进行相关计算，验证所提出的评价模型在爆破效果评价方面的适应性，以期丰富露天矿爆破效果评价理论。

1露天矿爆破效果综合评价指标体系

露天矿爆破效果应该综合考虑爆破安全、爆破质量和经济效益等多方面，且各影响因素之间关系复杂。在咨询专家的基础上，选取了飞石距离等8个典型性影响因素，构建露天矿爆破效果综合评价指标体系。将爆破效果划分为“非常差C1、差C2、较好C3、好C4、非常好C5”5个等级。

2 理论模型

2.1 组合赋权法确定指标综合权重

2.1.1 序关系分析法计算指标主观权重

郭亚军在传统层次分析法的理论基础上，优化了比较矩阵构建方法，提出了序关系分析法，该方法由专家通过两两指标之间比较确定相对重要性，并给出相对重要性比值来计算指标主观权重。

2.1.2 熵权法计算指标客观权重

熵权法是根据各个指标变异性和反映整体信息量多少来分配指标权重的客观赋权法，在保留事物本身属性的同时，也能较好体现指标之间的相互关联性。。

2.1.3 组合权重

将序关系分析法得到的主观权重、熵权法权重，为获得均衡合理的指标权重，基于最小熵原理，计算指标的组合权重。

2.2 物元可拓理论

2.2.1 确定经典域、节域和评价物元

学者蔡文在模糊数学的理论基础上提出了物元可拓模型理论，该理论是用3个基本变量所组成的一个有序数组R=(N,C,V）来表征一个定性概念，在本文中，N代表某露天矿爆破效果等级，C表示为评估爆破效果所选取的指标集合，V为某次爆破过程各指标量值范围，最终通过3个变量实现了露天矿山爆破效果定量分析。

2.2.2 等级判断

考虑到露天矿爆破效果需要统筹爆破安全、经济性和质量等多个方面，属于综合决策过程，因此，需要计算综合关联度。根据综合关联度计算结果，基于最大隶属度原则，综合分析评估爆破效果等级。

3 工程应用

为验证本文所提出的组合赋权和物元可拓综合模型在露天矿爆破效果评估方面的适应性，以某露天石灰石矿为研究背景，进行相关计算。

3.1 基本情况

该石灰石矿位于湖北省，实行露天开采，断层多、分布广、裂隙发育，地质条件较为复杂。根据多次单轴压缩实验结果，爆破区域岩石单轴抗压强度为12.5 MPa，抗拉强度1.75 MPa，点荷载强度0.89MPa。设计台阶高度12.5 m，孔径为115 mm，采用2#岩石乳化炸药，数码电子雷管逐孔顺序起爆。4次台阶爆破处于同一水平面，记录每次爆破数据采集情况。

3.2 确定指标权重

(1）基于序关系分析法计算指标主观权重。根据序关系分析法计算原理，组织5位长期从事爆破专业的专家组成评估组，各位专家结合自身主观经验，协商讨论形成依据指标相对重要性程度的指标序列集，并给出相对重要性比值，经过计算，得到各指标权重α1(0.115,0.087,0.197,0.126,0.104,0.153,0.139,0.079）。

(2）基于熵权法计算指标客观权重。根据熵权法计算原理，首先对各指标赋值进行归一化处理，然后计算指标熵值和权重，其中熵计算结果为（0.496 6,0.488 5,0.480 4,0.498 9,0.490 5,0.487 4,0.517 8,0.204 5），得到最终的指标客观权重β2(0.136,0.133,0.131,0.136,0.134,0.133,0.141,0.056）。

(3）基于组合赋权思想计算指标综合权重。根据主观权重α1、客观权重β2计算结果，得到指标组合权重w(0.126,0.109,0.162,0.132,0.119,0.144,0.141,0.067）。

3.3 模型计算结果

根据式（3）～式（8），结合各指标赋值情况，建立单指标关联度函数，计算单指标关联度。考虑篇幅，以第一次爆破过程为例。结合单指标隶属度结果和指标权重值，计算综合隶属度，并基于最大隶属度原则，评判各次爆破过程爆破效果等级。为进一步验证本文所提出的综合模型评估结果的可靠性，与基于云模型的评估结果进行对比。

3.4结果分析

4次爆破过程爆破效果综合评价分别为“好、较好、好、好”，第四次爆破效果优于第一次和第三次，第二次效果稍差，但总体上均能满足安全、经济和可行性等实际需求。对比来看，基于组合赋权-物元可拓和云模型2种评价模型评估结果完全一致，且与专家现场调查结论相符，实现了爆破效果系统、全面综合评价的目的，表明本文所建立的综合评价模型评估结果合理可靠，可以为爆破效果评估工作和优化爆破参数设计提供一条新思路。与云模型相比，本文所建立的综合评价模型可以依托Excel等办公软件计算，具有计算过程相对简化，可靠性较强等突出优势。

4结论

(1）为有效确定指标权重，在构建露天矿山爆破效果综合评价指标体系的基础上，借助序关系分析法和熵权法分别计算指标主观权重和客观权重，并基于拉格朗日算法，确定指标综合权重，实现了权重结果的均衡性，使评估结果更加可靠。

(2）考虑到露天矿爆破效果评估影响因素较多，存在一定随机性和模糊性特点，引入了物元可拓模型，通过构建关联度函数，实现了定性概念的量化分析，以某露天石灰石矿4次爆破过程为例，验证了所提出的综合评价模型在露天矿爆破效果评估方面的适用性，进一步丰富了爆破效果评价理论。

(3）考虑到爆破效果评估为动态过程，在后续研究中，一是要进一步完善评价指标体系，二是开发爆破效果综合评价系统，以提高评价模型评估结果的精准度和评估效率。

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