本發(fā)明屬于煤礦開采工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法。
背景技術(shù)：
：目前，全國已有露天煤礦405座，其中開采規(guī)模200萬噸以上的露天礦72座，2000萬噸以上的露天礦40座，露天煤礦的產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的14％。在煤炭仍然占據(jù)我國一次能源消費60％以上的背景下，伴隨著環(huán)保觀念的不斷提升和露天煤礦大型化的發(fā)展趨勢，露天開采對環(huán)境的破壞問題日益得到全社會的關(guān)注。隨著錢鳴高院士于2003年首次提出了綠色礦山的概念，并逐步完善，露天煤礦綠色礦山方面的相關(guān)研究也在逐步發(fā)展。大部分學(xué)者認為露天煤礦對環(huán)境的影響分為對固體環(huán)境的影響、對水體環(huán)境的影響、對氣體環(huán)境的影響、對生態(tài)環(huán)境的影響四個方面，并提出了相關(guān)的綠色開采工藝。王建國、宋子嶺等提出運用“綠色因子”和“綠色度”來評價露天礦山設(shè)計或開采對環(huán)境的影響程度。針對環(huán)境評價的數(shù)學(xué)模型，一般有灰色理論法、模糊綜合評價法、事故樹分析法、神經(jīng)網(wǎng)路法等。但灰色理論和事故樹法分別有準確度不足、計算繁瑣的缺點；模糊綜合評價法不易確定權(quán)重及隸屬度；神經(jīng)網(wǎng)路法在學(xué)習(xí)樣本不足和過量時都影響評價的準確性。而可拓物元模型研究事物拓展的可能性及開拓的規(guī)律與方法，可以把對事物的定性描述拓展到定量描述，計算過程簡單，實用性強，是一種礦山環(huán)境評價的理想方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法，包括如下步驟：步驟1：建立待評價露天煤礦的氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型，所述模型包括待評價露天煤礦氣體環(huán)境綠色度的評價等級、評價準則、各評價準則對應(yīng)的評價指標以及各評價等級在各評價指標下的定義域；步驟2：分別對各評價指標的定義域進行歸一化，得到各評價等級在各評價指標下的經(jīng)典域和各評價指標的節(jié)域；步驟3：計算氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型中各評價指標的綜合權(quán)重：步驟3-1：利用層次分析法確定各評指標的主觀權(quán)重：步驟3-1-1：建立準則層比較矩陣和各指標層的比較矩陣；步驟3-1-2：根據(jù)各指標層比較矩陣計算各指標層的判斷矩陣；步驟3-1-3：根據(jù)判斷矩陣計算各指標的權(quán)重；步驟3-1-4：根據(jù)準則層比較矩陣計算準則層判斷矩陣和各準則的權(quán)重；步驟3-1-5：將各指標權(quán)重與其對應(yīng)的準則權(quán)重的乘積作為各指標的主觀權(quán)重。步驟3-2：獲取待評價露天煤礦各評價指標值，并計算其歸一化值；步驟3-3：根據(jù)各評價指標歸一化值及可拓物元模型中各經(jīng)典域和節(jié)域，利用熵權(quán)法確定各評價指標的客觀權(quán)重：步驟3-3-1：根據(jù)各評價指標值及可拓物元模型中各經(jīng)典域和節(jié)域計算各評價指標關(guān)于評價等級的關(guān)聯(lián)度；步驟3-3-2：根據(jù)各評價指標關(guān)聯(lián)度計算各評價指標所對應(yīng)的熵值；步驟3-3-3：根據(jù)各評價指標熵值計算各評價指標的熵權(quán)即客觀權(quán)重。步驟3-4：根據(jù)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，利用博弈論計算各評價指標的綜合權(quán)重。步驟4：根據(jù)各評價指標的綜合權(quán)重及關(guān)聯(lián)度，確定氣體環(huán)境所屬的綠色度評價等級及波動趨勢，并根據(jù)評價等級及波動趨勢制定待評價露天煤礦后續(xù)開采和治理方案：步驟4-1：計算待評價露天煤礦氣體環(huán)境綠色度其中，vj為評價指標j歸一化值，wzj為評價指標j的綜合權(quán)重，n為評價指標個數(shù)；步驟4-2：根據(jù)各評價指標綜合權(quán)重及關(guān)聯(lián)度，計算待評價露天煤礦關(guān)于各評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度；步驟4-3：根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則，確定氣體環(huán)境綠色度評價等級i0；步驟4-4：計算綠色度評價等級的級別變量特征值i*，通過比較i*與i0的大小判斷氣體環(huán)境綠色度等級的波動趨勢；步驟4-5：根據(jù)評價等級及波動趨勢規(guī)制定評價露天煤礦后續(xù)開采和治理方案。有益效果：一種露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢：(1)將綠色度定義為露天開采與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)程度，并基于綠色度與可拓物元模型，建立一套對露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法，可以對生產(chǎn)中的礦山進行評價，引導(dǎo)礦山企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)方式，以減少對環(huán)境的破壞；(2)可拓物元模型評價指標選取不受指標種類和數(shù)量限制，且有效地解決了定性和定量指標共存的問題，通過計算直觀反映出評價結(jié)果；(3)層次分析法是主觀賦權(quán)法，熵權(quán)法是客觀賦權(quán)法，用博弈論將二者結(jié)合進行權(quán)重賦值，既考慮到各礦山的差異，進行合理調(diào)節(jié)，又保障權(quán)重的客觀合理性；(4)可以評價露天礦山的設(shè)計水平，指導(dǎo)礦山設(shè)計單位和礦山企業(yè)從煤田開發(fā)起始階段現(xiàn)實綠色開采。附圖說明圖1為本發(fā)明一種實施方式的露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種實施方式作詳細說明。本實施方式對坐落于晉陜蒙交界地帶某大型露天煤礦進行氣體環(huán)境的評價，該露天煤礦距北京463km，距太原226km，生產(chǎn)采用單斗-卡車工藝。2014年原煤產(chǎn)量2300萬t，全礦運距3.42km，全礦高差116m。如圖1所示，一種露天煤礦氣體環(huán)境的評價方法，包括如下步驟：步驟1：以待評價露天煤礦氣體環(huán)境綠色度為可拓物元模型中的物元，建立待評價露天煤礦的氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型，所述模型由事物名稱N(或稱事元)、特征C和量值V構(gòu)成，事物名稱N＝{N1，N2，…，Ni，…，Nm}，Ni為氣體環(huán)境綠色度的評價等級，特征C＝{C1，C2，…，Cj，…，Cn}，Cj為影響待評價露天煤礦氣體環(huán)境綠色度的各評價準則對應(yīng)的評價指標，量值voij為第i個評價等級Ni在第j個評價指標Cj下的定義域，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，n，m為評價等級個數(shù)，n為評價指標個數(shù)；露天煤礦氣體環(huán)境的影響因素復(fù)雜，根據(jù)近年來多位學(xué)者的研究，并結(jié)合專家討論意見，本實施方式的氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型R＝(N，C，V)以露天煤礦氣體環(huán)境綠色度為目標層(O)，以穿爆環(huán)節(jié)、采裝環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、排土環(huán)節(jié)和對城市的影響5個層面作為準則層(S)進行研究，共篩選出14項評價指標，I級～V級5個評價等級，I級最高，V級最低，露天煤礦氣體環(huán)境綠色度評價準則、評價指標、評價等級劃分及評價等級Ni在評價指標Cj下的定義域如表1所示：表1露天煤礦氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型表在14項評價指標中有5項定性評價指標，分別為爆破方式C2、設(shè)備類型C4、破碎站防塵設(shè)施C8、礦內(nèi)路面情況C10和排土方式C11，各定性評價指標的分級與賦值如表2所示：表2定性評價指標的分級與賦值表步驟2：分別對各評價指標Cj對應(yīng)的定義域進行歸一化處理，確定每個評價等級在各評價指標下的經(jīng)典域和每個評價指標Cj的節(jié)域；本實施方式中，各定義域經(jīng)歸一化處理后得到的經(jīng)典域與節(jié)域如表3所示：表3氣體環(huán)境綠色度評價指標經(jīng)典域與節(jié)域表步驟3：確定各評價指標權(quán)重：步驟3-1：計算氣體環(huán)境綠色度可拓物元模型中各評價指標的主觀權(quán)重：步驟3-1-1：建立準則層比較矩陣Po-s＝[Pss']和各指標層的比較矩陣其中，其中，評價指標js和評價指標j's為準則s對應(yīng)的評價指標，js、j's＝1，2，…，ns，ns為準則s的評價指標個數(shù)；本實施方式中，由專家對待評價露天煤礦各評價指標的重要性進行評定，構(gòu)建出準則層比較矩陣和各指標層比較矩陣：準則層比較矩陣：各指標層S1～S5比較矩陣分別為：步驟3-1-2：根據(jù)各指標層比較矩陣計算各指標層的判斷矩陣其中：其中，均為比較矩陣的行和，步驟3-1-3：計算各指標的權(quán)重步驟3-1-4：根據(jù)步驟3-1-2和步驟3-1-3的計算方法，根據(jù)準則層比較矩陣計算準則層判斷矩陣和各準則的權(quán)重ws；步驟3-1-5：將各指標權(quán)重與其對應(yīng)的準則權(quán)重ws相乘，乘積wsj作為各指標的主觀權(quán)重；本實施方式中，計算得到各評價指標主觀權(quán)重矩陣Ws＝[wsj]＝[0.092，0.092，0.092，0.069，0.035，0.194，0.106，0.106，0.032，0.035，0.052，0.052，0.021，0.021]；步驟3-2：獲取待評價露天煤礦各評價指標值vj及其歸一化值其中，為vj歸一化后的值，vmaxj為評價指標Cj可取的最大值，vminj為評價指標Cj可取的最小值；正向指標為Cj值越大，對應(yīng)的評價等級越高，即氣體環(huán)境綠色度越好，反向指標為Cj值越大，對應(yīng)的評價等級越低，即氣體環(huán)境綠色度越差；本實施方式中，各定性評價指標值的獲取方法為，通過表2確定各定性評價指標的評價等級，根據(jù)評價等級通過表1確定各定性評價指標對應(yīng)的定義域，并在定義域范圍內(nèi)為各定性評價指標賦值。各評價指標值及其歸一化值如表4所示：表4待評價露天煤礦各指標值及其歸一化值表評價指標C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14各指標值5880.47843.42116950888784226463歸一化值0.950.880.750.780.730.770.420.951.000.880.870.840.4520.463步驟3-3：根據(jù)各評價指標歸一化值及可拓物元模型中各經(jīng)典域和節(jié)域，利用熵權(quán)法確定各評價指標的客觀權(quán)重：步驟3-3-1：計算各評價指標關(guān)于評價等級的關(guān)聯(lián)度矩陣K1＝[ki(vj)]m×n，其中，ki(vj)為第j個評價指標關(guān)于評價等級i的關(guān)聯(lián)度：其中，voij為綠色度等級Ni在第j個指標下的定義域，aoij和boij分別為評價指標值vj所在評價等級經(jīng)典域的兩個端點，apj和bpj分別為第j個指標的節(jié)域的兩個端點；本實施方式，計算得到各評價指標關(guān)于各評價等級的關(guān)聯(lián)度如表5所示：表5各指標關(guān)于評價等級的關(guān)聯(lián)度表步驟3-3-2：根據(jù)各評價指標關(guān)聯(lián)度計算各評價指標所對應(yīng)的熵值Hj：其中：步驟3-3-3：根據(jù)各評價指標熵值計算各評價指標的熵權(quán)即客觀權(quán)重woj：步驟3-4：根據(jù)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，利用博弈論計算各評價指標綜合權(quán)重wzj：wzj＝awsj+bwoj(8)其中，a和b均為權(quán)重的分配系數(shù)，a+b＝1，且a和b滿足以下公式：本實施方式中，計算得到a＝0.504，b＝0.496。各評價指標的主觀權(quán)重wsj、客觀權(quán)重woj及綜合權(quán)重wzj如表6所示：表6各評價指標權(quán)重表C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14Wsj0.0920.0920.0920.0690.0350.1940.1060.1060.0320.0350.0520.0520.0210.021Woj0.0850.0730.0550.0700.0570.0590.0720.0880.0640.0730.0700.0880.0720.074Wzj0.0890.0830.0740.0690.0460.1270.0900.0970.0480.0540.0610.0700.0460.047步驟4：根據(jù)各評價指標綜合權(quán)重及各評價指標一化值，確定氣體環(huán)境所屬的綠色度評價等級及波動趨勢，并根據(jù)評價等級及波動趨勢制定待評價露天煤礦后續(xù)開采和治理方案：步驟4-1：計算待評價露天煤礦氣體環(huán)境綠色度S：本實施方式中，計算得到待評價露天煤礦的氣體環(huán)境綠色度S＝0.780。步驟4-2：計算待評價露天煤礦關(guān)于評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度矩陣K2＝[ki(P)]1×m，其中，ki(P)為各評價等級Ni的綜合關(guān)聯(lián)度：本實施方式中，綜合關(guān)聯(lián)度矩陣K2＝[-0.185，-0.088，-0.232，-0.475，-0.622]。步驟4-3：根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則，確定氣體環(huán)境綠色度等級i0：ki0(P)＝max{ki(P)}(12)本實施方式中，i0＝2，即該露天煤礦氣體環(huán)境綠色度等級為II級。步驟4-4：為更準確地判定該露天煤礦的氣體環(huán)境綠色度等級，計算綠色度等級的級別變量特征值i*，通過比較i*與i0的大小判斷氣體環(huán)境綠色度等級的波動趨勢，i*采用下式計算：其中，本實施方式中，計算得到綠色度等級的級別變量特征值i*＝2.164＞i0，說明該露天煤礦的氣體環(huán)境綠色度雖為II級，但有向III級波動的可能，需要采取一定的措施鞏固目前的開采方法對大氣環(huán)境保護所取得的成效。步驟4-5：根據(jù)評價等級及波動趨勢規(guī)制定評價露天煤礦后續(xù)開采和治理方案；本實施方式給出待評礦山氣體環(huán)境綠色度提高措施如下：升級開采方式，采用單斗-卡車-坑下半固定破碎站半連續(xù)工藝降低運距，合理安排排土程序、利用排土空間，減小運輸高差，并提高排土場綠化程度，改善爆破炸藥氧平衡狀況。采取提高措施后，該待評礦山的氣體環(huán)境綠色度可提升為0.884，綜合關(guān)聯(lián)度K2＝[0.077，-0.061，-0.452，-0.672，-0.772]，綠色度等級提升為I級。當前第1頁1 2 3