[發(fā)明專利]一種基于層次分析法的煤層頂板動(dòng)力分區(qū)評(píng)價(jià)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811162034.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109345119A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂大煒;徐栓祥;魏久傳;范文貴;劉海燕;高潔;李萍萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06F17/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于多地質(zhì)因素的煤層頂?shù)装鍎?dòng)力分區(qū)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包含以下具體步驟：

第一步：確定影響煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的因素

首先，確定影響煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的基本因素，包括：頂板巖石組合類型B₁、煤層埋深B₂、斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度B₃，將它們作為第一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次，針對(duì)第一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的基本因素，確定每個(gè)基本因素包含的次一級(jí)影響因素，為次級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)；

第二步：構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

基于上述兩層的影響因素，將影響因素按支配關(guān)系分解為次級(jí)組成元素，如此層層分解，形成一個(gè)有序地樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，以煤層頂板動(dòng)力分區(qū)A為目標(biāo)層，以影響煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的基本因素B₁、B₂、B₃為準(zhǔn)則層，為第一層，其中準(zhǔn)則層中每個(gè)因素也包含不同的分支層：C₁、C₂、C₃……C₁₀，為第二層；

第三步：構(gòu)建比較判斷矩陣

層次分析法精髓是通過(guò)比較同一層次中不同影響因素的重要性，確定判斷矩陣中的元素的值，將這些比較結(jié)果進(jìn)行匯總構(gòu)建比較判斷矩陣O，O_A是準(zhǔn)則層B對(duì)目標(biāo)層A的比較判斷矩陣，O_B是分支層C對(duì)準(zhǔn)則層B的比較判斷矩陣，比較判斷矩陣模型如下式：

式中，a_i,j的值代表判斷矩陣中O_A或O_B中準(zhǔn)則層B或分支層C中的第i個(gè)因素相對(duì)于對(duì)應(yīng)的B或C層中的第j個(gè)因素的重要性，其中a_i,j＝θ_i/θ_j，a_i,j表示θ_i對(duì)θ_j的相對(duì)重要性的數(shù)值，a_i,j依據(jù)1～9標(biāo)度法進(jìn)行取值，取值為1～9；n是每一層影響因素的總數(shù)；

第四步：層次單排序，計(jì)算判斷矩陣的最大特征值(ω)、特征向量(ω_i)

所謂層次單排序，是指根據(jù)所建立的對(duì)比判斷矩陣，計(jì)算出同一層次中相應(yīng)因素對(duì)于上一層中某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值，它是同一層次中的元素相對(duì)于上一層次而言地重要性進(jìn)行排序的基礎(chǔ)；

根據(jù)所建立的比較判斷矩陣，將每行元素的值做乘法運(yùn)算，我們采用M_i來(lái)表示對(duì)比判斷矩陣中每一行第i個(gè)因素相對(duì)于其他因素重要性值的乘積，那么M_i＝a_i1×a_i2×…×a_in，n表示對(duì)比判斷矩陣中因素的個(gè)數(shù)，對(duì)M_i開(kāi)n次方根，δδ得到特征向量ω，ω＝(ω₁，ω₂…ω_n)對(duì)其所得到的特征向量ω進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的特征向量ω_i，即為相應(yīng)元素單排序的權(quán)值。利用A(或B)ω＝λ_maxω得到特征值λ_max；

第五步：進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

當(dāng)比較判斷矩陣的維數(shù)大于等于3時(shí)，采用的一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為CI，定義為：

式中：n是矩陣A的階數(shù)，當(dāng)CI＝0，即當(dāng)λ_max＝n時(shí)，矩陣A具有完全一致性；CI越大，矩陣A的一致性愈差；

為了檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿意性的一致性，需要將CI與平均一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較，令稱CR為隨機(jī)一致性比率，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，矩陣A具有滿意的一致性，否則要對(duì)判斷矩陣A進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)影響因素互相的重要性調(diào)整判斷矩陣中的重要性數(shù)值，直到具有滿意的一致性，這樣計(jì)算出的λ_max所對(duì)應(yīng)的特征向量ω經(jīng)過(guò)歸一化后，才可以作為層次單排序的權(quán)值；

第六步：計(jì)算煤層頂板動(dòng)力的大小

1)先確定影響煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的因素，在判斷矩陣中，經(jīng)過(guò)第四步和第五步的歸一化與一致性檢驗(yàn)后的特征向量ω_i中元素的值即為各個(gè)影響因素的權(quán)重，得到準(zhǔn)則層和分支層中的影響因素的權(quán)重，將分支層影響因素的權(quán)重與準(zhǔn)則層中相應(yīng)的因素權(quán)重相乘，得到分支層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，即為影響因素的綜合權(quán)重X_i；

2)將評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)單元的劃分，依據(jù)礦井地質(zhì)圖，按照經(jīng)緯度的分布特點(diǎn)，盡量保證區(qū)塊不穿越太多的斷層或者主要的地質(zhì)斷塊，對(duì)整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行分區(qū)單元?jiǎng)澐?，依?jù)礦區(qū)大小而定，保證分區(qū)單元不少于30個(gè)，不完整區(qū)塊忽略不計(jì)，并對(duì)每個(gè)分區(qū)單元進(jìn)行標(biāo)；

3)將每個(gè)分區(qū)單元的影響因素一一歸類，附上對(duì)應(yīng)影響因素的權(quán)重，據(jù)采用公式(1)進(jìn)行加權(quán)求和，得出每個(gè)分區(qū)單元煤層頂板動(dòng)力大小的值；

式中：K為煤層頂板動(dòng)力值；X_i為影響因素的綜合權(quán)重；Y_i為分支層中每個(gè)影響因素對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量，是賦值1，否賦值0，n是分支層影響因素的總數(shù)；

第七步：進(jìn)行煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的綜合評(píng)價(jià)按照第六步的方法計(jì)算出的煤層頂板動(dòng)力值的大小并依據(jù)一定的閾值將各分區(qū)單元?jiǎng)恿?qiáng)弱劃分成較強(qiáng)動(dòng)力區(qū)，中等動(dòng)力區(qū)和弱動(dòng)力區(qū)3個(gè)級(jí)別，以此進(jìn)行煤層頂板動(dòng)力分區(qū)的綜合評(píng)價(jià)。