談模糊數(shù)學優(yōu)化臺階主爆區(qū)爆破參數(shù)

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摘要:在爆破設計與施工過程中，爆破設計手冊是爆破參數(shù)設計與施工的重要依據(jù)，但手冊的參數(shù)的不確定性和波動性決定了爆破參數(shù)的隨意性，也就影響了爆破效果，因此選擇合理的爆破設計參數(shù)顯得非常必要。盡管爆破參數(shù)是個范圍值，但本文在這個范圍內進行等差抽樣，進行組合，利用模糊數(shù)學對各組合進行爆破效果分析，獲得所需要的最佳組合，從而間接優(yōu)化了爆破參數(shù)，為類似爆破條件和效果要求提供爆破參數(shù)工藝設計與施工提供指導依據(jù)。

關鍵詞:優(yōu)化爆破參數(shù)；模糊數(shù)學綜合評價；爆破設計方案

在面對日常爆破設計與施工過程中，對工程爆破設計手冊或專著上的參數(shù)無力適從，其所選參數(shù)不確定，且波動范圍較大［1］(客觀上也無法確定)，無法量化，只能是定性的。顯然現(xiàn)場爆破實驗提供的數(shù)據(jù)是最貼近的，但是僅僅一次爆破實驗是不夠的，對一個長期從事爆破生產(chǎn)的，進行系列爆破實驗是必要的，也是最直接的。在理論指導下，進行爆破實驗，運用模糊數(shù)學對爆破效果分析，獲得較好的爆破方案，從而間接優(yōu)化爆破參數(shù)，這無疑是一條很好的途徑。并為類似條件和效果要求的爆破提供參考。

1理論依據(jù)

爆破生產(chǎn)和其工藝設計是以爆破效果要求、爆破技術經(jīng)濟、爆破安全來衡定成功與否。而這些指標與爆破參數(shù)是定性的，沒有量化，造成爆破參數(shù)難以選擇。爆破參數(shù)盡管是波動的，有個范圍，總可在這個范圍內等差取值，進行有序構成，形成覆蓋整個范圍的爆破參數(shù)組合。這就可對其爆破效果利用模糊數(shù)學進行綜合評價。

2Fuzzy綜合評判模型

綜合評價又稱多元決策，在決策過程中利用模糊數(shù)學綜合考慮多因素的影響(作用)，其作用顯著，在分析解決多因素控制復雜工程問題中廣泛被應用。特別是在通常方法無法處理多因素對事物影響有多大的情況下，模糊數(shù)學綜合評判優(yōu)為適宜。2．1兩個有限論域綜合評判影響因素論域集:U=u1，u2，．．．ui．．．u{}m(1)式中:ui—第i個評定因子。評判結果評語論域集:V=v1，v2，．．．vj．．．v{}n(2)式中:vj—第j個評定等級2．2U與V的關系因素論域U與評語論域V之間的模糊關系模糊評價矩陣:R=R1．．．Ri．．．Rj=r11．．．r1i．．．r1n．．．．．．ri1．．．rij．．．rin．．．．．．rm1．．．rmi．．．rmn(3)式中:rij=uR(ui，vj)∈(0，1)—單因素ui被評為vj等級的程度。2．3權重分配一般各個評定因子在總評定因素中所起的作用大小不同，因此在因素論域U上存在因素模糊子集:A=a1．．．a(chǎn)i．．．a(chǎn)()m(4)式中:ai/ui—評定因子ui對A的隸屬度，且存在Σi=mi=1ai/ui=1。單因素ui在總評定因素中所起的作用大小和所占地位輕重的地位即權重。2．4綜合評判結果根據(jù)模糊矩陣的復合運算規(guī)則，由式(3)、(4)可得:B=AR=b1．．．bj．．．b()n(5)式中:B—評語論域集V上的等級模糊子集bj/vj—bj對B的隸屬度存在。根據(jù)最大隸屬度原則和在評語論域V上的綜合評判的結果B，選取bj中最大者，確定合理的方案，既突出重點，又兼顧其它評定因子。根據(jù)以上分析，模糊關系矩陣R實質上就是單因數(shù)評價矩陣，從一個U到V的變換器。輸入一組A，都能得到相應的綜合評判的結果B。

3爆破效果綜合評判

根據(jù)Fuzzy綜合評判模型，結合爆破試驗結果，選擇最優(yōu)爆破方案，可使技術合理，經(jīng)濟劃算。3．1爆破方案組合因素分析［3］選擇爆破參數(shù)是爆破設計與施工最重要的一環(huán)，對爆破效果，爆破生產(chǎn)成本起著決定性的作用。在巖石爆破程中，主要涉及巖石炸藥單耗、孔網(wǎng)面積、密集系數(shù)、孔徑與巖石強度。本實驗在安全的最大段裝藥量，最好的起爆方式、起爆順序確定下，著重研究炸藥單耗、孔距比、密集系數(shù)、孔徑與巖石強度進行組合，選擇最佳爆破效果組合方案。3．2爆破效果因素選擇3．2.1爆破參數(shù)選擇依據(jù)露天臺階主爆，必須改善爆破質量及技術指標，降低工程成本。破碎質量好，爆破快度符合要求，無根底，減少后沖，后裂，側裂，降低震動，提高延米爆破量，降低炸藥單耗，在改善爆破質量的前提下，使鉆孔、轉載、運輸、機械破碎后續(xù)工序，發(fā)揮高效益，使工程的綜合成本達到最低。3．2.2爆破效果比較因素依據(jù)生產(chǎn)要求、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)安全對各爆破方案的爆破效果進行比較，才能獲得最佳爆破方案。在礦山爆破設計與施工的主要要求是生產(chǎn)成本低、爆破塊度分布合理、生產(chǎn)安全、推進線、臺階底盤爆后平整。因此綜合評判影響爆破效果質量因素論域集由爆破快度合格率、巖石單位立方直接費用、推進線的平整度和臺階爆破后底盤的平整度四個因素構成綜合評判影響因素論域集:U=u1u2u3{u}4(6)式中:u1—爆破快度合格率u2—巖石單位立方直接費用u3—推進線的平整度u4—臺階爆破后底盤的平整度3．3爆破實驗:參數(shù)組合極其效果分析該爆破組合實驗目的是選擇萊蕪鋼廠擴建工程場平最佳爆破參數(shù)并附帶建立一個數(shù)據(jù)庫。3．3.1實驗場地萊鋼廠區(qū)內大規(guī)模石方爆破，地處陡崖與緩坡交界處，大部分開挖深度在4～70m，爆區(qū)巖石為石灰?guī)r，地質條件復雜多變，各爆區(qū)地質條件差異較大，有的巖石較堅硬完整，有的節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)地質勘探，巖石堅固系數(shù)f=4－14。爆破后巖石，其粒徑要求不得超過60cm，爆破后邊坡不得出現(xiàn)裂隙，要保證平順整齊，挖深到位，不得出現(xiàn)凹凸現(xiàn)象。主要對作業(yè)起決定性的設備有KQ－200型潛孔鉆與KQ－150型潛孔鉆。3．3.2爆破方案的確定［4］根據(jù)巖石的堅固系數(shù)確定礦巖炸藥單耗，結合實驗，取0.04kg/m3等差對其分組(見表1)。孔距a∈(2050)倍孔徑D，因此KQ－150型潛孔鉆的穿鑿抵抗線距b∈(37.5)m，KQ－200型潛孔鉆的穿鑿抵抗線距b∈(410)m，再結合孔網(wǎng)面積s=a×b，密集系數(shù)m=a/b∈(11.5)，對孔網(wǎng)分組孔徑、巖石炸藥單耗與孔網(wǎng)共同構成爆破設計主要參數(shù)，根據(jù)表1與表2所分組數(shù)組合可形成c122×c118=396套爆破設計方案。3．3.3爆破效果分析爆破效果因素非常重要，直接影響評判結果。單位立方巖石的直接費用的成本p，元/m，包括材料、人工和機械費用直接費用，含有大塊二次爆破，推行線與根基的處理的不包括穿裝運的費用。其目的是控制生產(chǎn)成本。為了下一次正常進行爆破工程，減少下一次帶來不必要的費用，同時保證采場美觀，每次控制推進線的平整度l為實際推進曲線的長度比上設計線的長度來衡量。保證爆破后底盤平整是爆破生產(chǎn)很重要的一環(huán)。平整地場地，有利于場地內行車，減少磨損，有利于設備順利作業(yè)。其質量表示為a=根基突出或凹坑總曲面積與投影面積之比。經(jīng)統(tǒng)計，爆破快度服從非標準正態(tài)分布即N(u，σ2)，爆破快度質量由滿足要求快度所占百分比表示，即要求合格快度的正態(tài)分布函數(shù)值:(x)=∫m012槡πσe－()x－u22σ2dx(7)式中:m—可利用石方或廢石的最大合格快度，按設計要求可回填利用石方粒徑取0.6m3，廢石取0.8×4=3.2m3u—快度分布密度最大的快度，σ—方差。根據(jù)以上計算規(guī)則，結合對396個設計方案的爆破效果抽樣統(tǒng)計，按廢石或礦石分別作各個評定因子的質量表，由于數(shù)據(jù)太多，具體值未列出。3．4爆破效果質量劃類別根據(jù)礦山對爆破效果質量管理，將劃成四個類別，構成評判結果評語論域集:V=v1，v2，v3{，v}4(8)式中:v1—優(yōu)，v2—良，v3—合格，v4—差。3．5爆破效果評價指標隸屬函數(shù)的確定由爆破生產(chǎn)的實際需要和客觀規(guī)律確定的。服從生產(chǎn)規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律，并結合生產(chǎn)實際，不能一味地追求低成本，而降低生產(chǎn)質量要求，最終得不償失。只有把二者結合起來，才能解決好這個矛盾。3．6影響爆破效果質量因素的分布函數(shù)影響綜合評判爆破效果質量因素論域集的四個因素為爆破快度合格率、巖石單位立方直接費用、推進線的平整度和臺階爆破后底盤的平整度，因素很多且離散較大，可以認為它們的隸屬函數(shù)都服從正態(tài)性［5］。u(x)=e－(x－m/c)2(9)式中:m—范圍的平均值。由爆破效果評價指標表3可知，每個平定因子在不同評定等級存在一個范圍，這個范圍的兩個邊界值的平均值為m(見表4)，且其中任何一個邊界值，介于兩個相鄰平定等級之間，對這兩個平定等級隸屬度應該是相同的，所以可認為u(x)=0．5，根據(jù)式(10)，就可得到c值3．7權系數(shù)矩陣的建立由于影響爆破效果的因數(shù)很多，主要有礦巖爆破快度，爆破單位立方巖石的直接費用，爆破臺階的推進線的平整度，以及爆破地板的平整度。但是對爆破效果地位與作用不同。礦山生產(chǎn)者，根據(jù)實際生產(chǎn)與經(jīng)濟的需要，給這四個因素賦權。特別是爆破單位立方巖石的直接費用占50%，爆破快度占40%。因此確定四個量權重分配。組成因素模糊向量A:A=(0．40．50．30．7)(14)3．8綜合評判結果根據(jù)模糊矩陣的復合運算規(guī)則式(5)原理，結合(12)和(1)可得第m爆破設計方案的等級模糊子集:B`m=ARm=b`m1b`m2b`m3b`m()4(15)對等級模糊子集各項整理:bmj=b`mjΣj=4j=1b`2槡mj(j=1、2、3、4)(16)歸一化后得:Bm=ARm=bm1bm2bm3bm()4(17)分別對礦石和廢石各自的396個等級模糊子集的對不同爆破方案設計的爆破效果綜合評價。礦石和廢石各比較各自的396個等級模糊子集的的優(yōu)的模糊數(shù)，選擇最大值:bmax=max．．．bij，(．．．．．)(18)根據(jù)最大值最優(yōu)原則，巖石在不同堅固系數(shù)，不同孔網(wǎng)參數(shù)，不同孔徑情況下獲得20種最優(yōu)秀爆破方案792種爆破方案，不能只有兩種最優(yōu)的。巖石的堅固強度是不可改變的，礦山保證產(chǎn)量，必充分利用設備，因此在不同堅固系數(shù)、兩種孔徑情況下，可求得不同孔網(wǎng)參數(shù)與不同巖石炸藥爆破單耗最優(yōu)組合。從表5、6可知，很明顯KQ—200潛孔鉆最佳爆破方案優(yōu)于KQ—150潛孔鉆方案，盡量利用KQ—200潛孔鉆和相對應的孔網(wǎng)參數(shù)和礦巖炸藥單耗。3．9建立數(shù)據(jù)爆破方案庫從獲得最佳爆破方案過程中可以看到實質上是建立模糊關系矩陣R即單因數(shù)評價矩陣，再輸入一組A變換器從而得到從一個U到V相應的綜合評判的結果B。將各種爆破組合極其對應實驗效果建立數(shù)據(jù)庫。當調整爆破效果指標時，就得到另外一個相應的R，根據(jù)建立的數(shù)學模型，找到新要求的最優(yōu)爆破組合。

4結論

該實驗在萊蕪鋼廠擴建工程長期施工過程獲得，盡管時間長，但是利用模糊數(shù)學對各種參數(shù)組合的爆破效果進行分析，將獲得的20種最優(yōu)秀爆破方案的運用，不但滿足生產(chǎn)要求，并取得顯著的經(jīng)濟效益，也說明實驗是必要的。

參考文獻

［1］劉殿中．工程爆破實用手冊［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1999．

［2］王凡．模糊數(shù)學與工程科學［M］．哈爾濱:哈爾濱船舶工程學院出版社，1988．

［3］黃紹均．工程爆破設計［M］．北京:兵器工業(yè)出版社，1995．

［4］中國力學學會工程爆破專業(yè)委員會．爆破工程［M］．北京:金工業(yè)出版社，1999．

［5］貨仲雄．模糊數(shù)學及其應用［M］．北京:北京交通大學出版社，1982．

作者:劉學佳 單位:中鐵十四局集團第四工程有限公司