基于模糊综合评价的露天矿山边坡稳定性分析

基于模糊综合评价的露天矿山边坡稳定性分析

张敬刚

宏大爆破有限公司广东广州510000

摘要：露天矿边坡是露天采矿的一个重要组成部分，边坡的稳定性直接影响采矿的安全和施工进度，而边坡的稳定性受多种因素限制而具有诸多不确定性。本文从基础理论上简述了模糊综合评价的概况，分析了影响边坡稳定性的众多因素，分析如何运用模糊综合评价体系针对众多影响因素作出评价分析。最后，通过实例论证的方式，用本评价体系对大石头露天煤矿进行相应的分析评价，结果较好的反映了该露天矿山边坡的实际情况，为相关应用和实验提供一定借鉴。

关键词：露天矿山；边坡稳定性；边坡失稳；模糊综合评价

前言

矿产资源是国民经济发展的基础性资源，我国矿山开采已进入高潮阶段，随着开采技术条件的变化，开采过程中的边坡安全问题却日渐突出，边坡稳定作为露天开采中的重要安全因素，其稳定控制技术就显得尤为重要。露天矿边坡的稳定与否直接影响了矿山安全安全，若未对边坡稳定性做好预估和控制工作，极易发生边坡滑塌。因此，需要在开采前针对矿山矿体走向、构造、水文地质等情况，做好边坡的稳定性分析，并采取一定的边坡稳定措施，保证露天矿山的安全有序开采。

1简述模糊综合评价和露天矿山边坡稳定性

1.1模糊综合评价的基本理论

模糊综合评价法是一种基于模糊数学而建立的综合分析方法。该评价方法根据模糊数学的隶属度理论把因素个体单位转化为评价的质量单位，即用模糊数学对影响边坡稳定性的因素或单位做出量化评估。它具有结果明确、系统性强以及统计便捷的特点，主要用于解决模糊的、难以量化的疑难问题；适合各种非确定性问题的解决；模糊集合是由在一定程度上由属于它的因素构成的，从隶属到不隶属的转变，是软性、象性的转化，是具有一定不可预知性的变化。在日常生活中也存在着很多不能被人类简单与之定义的元素。对于一些问题的产生不能运用传统的、单一的方式去判断和解决，需要借助科学的归类和计算方法进行更为精准的分析和判断，针对不确定因素所带来的不确定影响，减少事物的不确定性，以便于更好的增加对未知事件的预判，防患于未然。模糊综合评价是重要的基础理论指导实践的具体应用论证方式之一。

1.2模糊综合评价的一般步骤

模糊综合评价方法是一种将影响元素具体到影响所占的比重的方法，它的原理是将比较不确定的因素转化为较为具体的数据，该评价方法是通过构造隶属函数将不确定性因素进行量化，从而掌握在综合作用下各元素需要达到什么标准以内才能被评价为什么等级。模糊综合评价法主要步骤为：（1）确定评价对象元素单位域论U。U={u1，u2…um}，ui表示对象因素，i=1，2…m。（2）根据评价对象自身情况以及自身要求，确定评价等级域论V。V={v1，v2…vn}，vj表示评价标准，j=1，2…n。（3）建立从评价对象因素论域U到评价论域V的单因素模糊关系矩阵Ｒ。（4）确定模糊权向量。（5）根据模糊矩阵的合成运算，计算结果向量。（6）针对评价结果进行综合分析。

1.3露天矿山边坡稳定性分析

边坡是露天矿的主要构成要素之一，主要指露天矿山四周的倾斜的表面，即挖掘工作结束后的台阶所构成的斜坡综合结构。边坡的稳定性是露天矿山安全开采的前提之一。采矿过程中，应及时做好边坡监测工作，并采取相应的措施控制边坡稳定性。受采动工作面、岩石构造等影响，边坡的不稳定性和不确定性，导致边坡易发生滑坡危险，滑塌主要类型有平面滑坡，圆弧滑坡，倾倒滑坡、楔体滑坡等。无论发生哪种滑坡都会对露天矿山安全生产造成重大的影响，不仅影响后续采矿工作，也会对工作人员产生潜在的安全隐患。

影响边坡稳定性的因素有很多，分级也不同，影响因素主要是：岩石物理力学性质、岩体结构构造、水文地质条件、爆破震动、降水、开采技术条件、人为因素等。因影响因素众多，且只有在特定情况一些因素才会发生，这就加大了边坡稳定性预估的难度，本文可用模糊综合评价的方法，对边坡失稳进行分析评估，指导矿山安全生产。

2应用实例

2.1露天煤矿概况

大石头露天煤矿，位于贺兰山腹地，构造形式为一西倾单斜构造，自下而上出露有三迭统延长群，下侏罗统延安组，中侏罗统直罗组，上覆为第四系冲积、洪积层。因该矿开发时间较长，植被稀疏，岩石存在不同程度风化、长时间受爆破震动影响、下部存在采空区等因素，导致现有边坡已发现局部不安全迹象。本文以该露天矿山为例，利用模糊综合评价法分析其边坡稳定性情况。根据调查走访和查找该矿山的有关资料，对影响边坡稳定性因素进行归纳总结，并对各因素单位进行了评价等级的划分，具体影响因素及等级划分详见表1，表2，表3。

表1边坡岩性和地质结构对应边坡稳定性评价等级

2.2影响因素的函数构造和隶属分配

经过对该矿山边坡稳定性影响元素进行研究分析后，将影响因素的隶属函数构造进行了推导与分析，包括定量作用元素的隶属函数的构成、定性作用因素隶属函数的构成，分析这些元素对边坡失稳的影响程度。其中在定性作用因素隶属函数构成的分析并经过相关研究证实后，能够对定性因素进行定量化，最后将边坡稳定性评价等级确定为五个等级：（1）坚硬/有利/无（100分）。（2）较坚硬/较有利/微（80分）。（3）较软弱/一般/弱（60分）。（4）软弱/不利/较强（40分）。（5）极软弱/极不利/强（20分）。从表中可以看出，影响边坡稳定性的元素有很多，并且不同的要素单位对于边坡稳定的影响比重也存在着差异，这也是边坡稳定性评析的难点和重点。对此，应该结合当地情况及历史特点和实践证明进行相关权重的比例换分。比如岩石的性质、坡面的角度、水文地质条件、爆破震动强度因素等权重较大，而温度、岩石风化等对边坡稳定性的影响则较小。

2.3评价结果分析

在对边坡稳定性的分析中，主要通过运用简单的加权数学方式，通过矩阵计算对影响边坡稳定的元素进行排列计算。该评价体系不仅明确了影响边坡稳定性的主要因素，还充分考虑了可能存在影响的不稳定因素的存在，最大程度上避免因丢失大量次要元素而导致对边坡的错估，确使评价结果更加符合边坡实际情况。通过分析，该矿山的边坡较为稳定，开采过程中注意爆破震动、岩体结构和构造突变等现象发生。

3结语

边坡的稳定性分析因其影响因素较多且多数影响因素影响程度难以度量，本文通过运用模糊综合评价的数学方法确定边坡的主要影响因素和次要影响因素，并结合矿山具体条件和以往历史因素进行权重分配，建立起针对边坡失稳特有的分析模型，并经过数学计算对露天矿山的边坡稳定性进行分析和评估。本文对宁夏泰华大石头露天矿进行实例论证，运用模糊综合评价的方法对其边坡情况进行分析和评估，该结果较好地反映了大石头露天煤矿边坡的实际情况，从而印证该评价方法方法具有一定的实用性。

参考文献：

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