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时间:2018-01-07
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1、基于物元理论矿山采空区数据分类方法 摘要:为评价矿山采空区地表稳定性,需要对样本数据进行分类。该文通过分析影响采空区稳定性的各种因素,建立了物元评价模型,确定了经典域和节域,利用层次分析法求取各指标权重,计算各样本点的综合关联度,以最大者判定样本点分类状态。计算结果与实地调查一致,该方法用于数据分类是可行的。关键词:物元模型;采空区;稳定性;分类中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2014)01-0178-02可拓学理论是我国数学工作者在上世纪80年代初期提出来的,基于物元模
2、型,主要用于解决不相容问题,目前该理论已应用于模糊控制、模式识别、问题评价、数据挖掘、信息融合等若干信息处理领域[1]。矿山采空区是人类开采完矿物后留下的地下空腔,随着时间和地质条件的变动,采空区围岩受力情况、顶板结构情况、充水状态等可能发生变化,导致采空区上层顶板失稳,直接威胁着矿区人民生命和财产安全。因此需要对影响采空区顶板稳定性的多种因素数据进行综合分类,进而确定采空区的稳定性情况。1可拓工程物元模型4可拓学理论采用物元概念描述客观世界的事物。物元是一个三元组,定义如下:给定事物的名称N,它关于特征C
3、的量值为V,称有序三元组:R=(N,C,V)是一个事物的基本元素,简称物元,N,C,V称为物元的三要素。表述一个事物的特征往往有多个,因此实际中多采用多维物元。某煤矿山历经近百年的开采,目前已成为资源枯竭型矿山城市,地下曾存在大量的采空区。近年来,当地政府采取注浆、注水等措施对采空区行了有效治理,地质环境改善很大。但是仍有多处出现采空塌陷,急需对矿区进行采空区稳定性勘察和评价,进而有针对性的治理。项目组在在分析了该矿山的地质条件、水文地质特征后,选取了影响该矿区采空区地表稳定性的八个因素进行评价,分别是电阻
4、率异常区深/厚比、裂缝密集程度、闭坑时间、煤层开采深/厚比、煤层倾角、上覆岩岩性、采空区断层密度和采动方法,按照顺序依次用C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8表示。因此评价物元模型为:[R=N,C1,V1C2,V2...C8,V8]2确定物元经典域和节域通过对采空区稳定性影响因素的实地勘察,获取样本数据,保存在数据库中备用,格式如表1所示。2.3计算关联度根据经典域和节域,利用关联函数计算关联度。4设[]是经典域,[]是节域,则点x关于经典域、节域的关联度算式为:[K(x)=-2×ρ(x,)/(b
5、i-ai)x∈ρ(x,)ρ(x,)-ρ(x,)x?](1)这里,[ρ(x,)=
6、x-(ai+bi)/2
7、-(bi-ai)/2],[ρ(x,)=
8、x-(ci+di)/2
9、-(di-ci)/2]。将待评物元R、经典域R0、节域Rp的值代入(1)式,可以得到各样本不同因子对应于三个类别等级的关联度。3指标权重系数的确定利用层次分析法(AHP)确定各类指标权值[2]。通过实地勘察和专家咨询,确定各因素对采空稳定性的影响大小,对8个影响因素进行两两比较,构造判断矩阵,如表2所示。4计算综合关联度及分类根据公式:[Kj
10、(P)=i=18WiKj(x)](其中,[Wi]为各因子的权重),计算取样点关于不同稳定等级的综合关联度,并以最大关联度对应的类别确定样本点分类,如表3所示。5结论本文利用物元理论,建立了矿山采空区地表稳定性的物元模型,对某矿山采空区稳定性进行实际计算,结果与实地调查完全相符,很好地实现了样本点的分类。因此物元方法对数据分类是可行的。4致谢:感谢李忠老师在计算方法推导和论文结构方面的指导。参考文献:[1]杨春燕,蔡文.可拓工程[M].北京:科学出版社,2007.[2]孙宏才.网络层次分析法与决策科学[M].
11、北京:国防工业出版社,2011.4
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