趙有軍

(1.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院， 河北 唐山市 063210；2.開(kāi)灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業(yè)分公司， 河北 唐山市 063001)

礦山企業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動(dòng)力，為我國(guó)提供了60%～70%的能源消耗，在我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中起著重大的作用，對(duì)礦山能源高需求的情況在短期內(nèi)是不會(huì)改變的。在資源開(kāi)采活動(dòng)中，露天采礦作為普遍的開(kāi)采方法之一，產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低、勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)使其規(guī)模得到了快速發(fā)展壯大[1]。但是，爆破作為露天礦山開(kāi)采、礦巖破碎等工作的主要手段,在提高工人勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)也容易導(dǎo)致邊坡坍塌、滑移等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象[2]。再加上邊坡高度隨著采深的增加不斷上升，邊坡穩(wěn)定性也隨之變差，露天礦的安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。因此，露天礦邊坡穩(wěn)定性分析越來(lái)越受到學(xué)者們的關(guān)注與重視。

張江偉等探討了地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析方法的研究現(xiàn)狀和特征，提出了目前存在的問(wèn)題并對(duì)研究趨勢(shì)進(jìn)行展望[3]。翟友成等針對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響因素眾多復(fù)雜,且存在模糊不確定性和層次性的特點(diǎn)提出了基于不確定型層次分析法的邊坡穩(wěn)定模糊評(píng)判方法[4]。舒蘇荀等考慮到邊坡穩(wěn)定性分析模糊不確定性和隨機(jī)不確定性等因素提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)模糊點(diǎn)估計(jì)法[5]。關(guān)崇峻通過(guò)對(duì)新疆白礫灘露天煤礦邊坡穩(wěn)定性研究，確定了最終邊坡角是煤炭資源轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)量的重要因素[6]。學(xué)者們針對(duì)邊坡穩(wěn)定性所進(jìn)行的定性、定量分析都取得了相應(yīng)的成效，但都不可避免地面臨著人為因素帶來(lái)的誤差，致使結(jié)果有失準(zhǔn)確。因此，本文引用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究, 使分析結(jié)果更精準(zhǔn)、更符合客觀實(shí)際[7]。

1 灰色關(guān)聯(lián)理論

灰色關(guān)聯(lián)法分析法是系統(tǒng)理論中的一種模型，它是在系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)間子系統(tǒng)(不同因素)的關(guān)聯(lián)度來(lái)定量分析因素與系統(tǒng)的相似或相異程度，關(guān)聯(lián)度的本質(zhì)是通過(guò)系統(tǒng)與子系統(tǒng)所繪制曲線的幾何形狀相似程度來(lái)判斷其聯(lián)系是否緊密，即研究對(duì)象與待識(shí)別對(duì)象各影響因素之間的貼近程度。貼近程度越大，關(guān)聯(lián)度越大，發(fā)展趨勢(shì)具有一致性；反之關(guān)聯(lián)度越小，發(fā)展趨勢(shì)具有差異性。

通常設(shè)X0={x0(k)|k=1,2,…，n}作為參考序列,Xi={xi(k)|k=1,2,…，n;i=1,2,…,m}作為比較序列。則xi與x0在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)為：

(1)

參考序列x0對(duì)比較序列的灰色關(guān)聯(lián)度γi為：

(2)

計(jì)算出每一個(gè)影響因素的關(guān)聯(lián)度之后，進(jìn)行排序，邊坡穩(wěn)定性等級(jí)為關(guān)聯(lián)度數(shù)值最大的對(duì)應(yīng)等級(jí)。

2 實(shí)例分析

2.1 構(gòu)建露天礦邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

參考文獻(xiàn)[7-9]選取黏聚力、內(nèi)摩擦角、坡高、坡角、地應(yīng)力等5個(gè)因素構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。調(diào)查所得實(shí)際數(shù)據(jù)及邊坡分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別見(jiàn)表1、表2。

表1 邊坡穩(wěn)定性實(shí)際數(shù)據(jù)

表2 邊坡分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表2可得邊坡穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)特征向量。

(3)

式中,X1～X5分別表示穩(wěn)定、較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定5個(gè)等級(jí)。

2.2 關(guān)聯(lián)度分析

設(shè)邊坡穩(wěn)定性數(shù)據(jù)為參考序列：

X0={x0(k)|k=1,2,…，n}

邊坡穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)特征值為比較序列：

Xi={xi(k)|k=1,2,…，n;i=1,2,…,m}

由式(1)、式(2)得出樣本A、B、C的灰色關(guān)聯(lián)度分別為rA={0.587,0.689, 0.742, 0.704, 0.829};rB={0.628, 0.684, 0.688, 0.457， 0.387};rC={0.680, 0.793, 0.715, 0.651, 0.580}。則樣本A、B、C的最大關(guān)聯(lián)度分別為rA5=0.829,rB3=0.688,rC2=0.793,相對(duì)應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性等級(jí)分別為極不穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定，分析結(jié)果與露天礦樣本的實(shí)際狀況一致，可見(jiàn)該方案評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性切實(shí)可行。

3 結(jié) 論

本文選取了黏聚力、內(nèi)摩擦角、坡高、坡角、地應(yīng)力等5個(gè)影響邊坡穩(wěn)定性的因素構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。得出以下結(jié)論：

(1) 利用灰色關(guān)聯(lián)度理論對(duì)樣本A、B、C邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果與露天礦實(shí)際情況一致，為邊坡穩(wěn)定性分析提供了一種新方法。

(2) 分析結(jié)果只受樣本數(shù)據(jù)影響，有效避免了人為主觀因素，使分析結(jié)果更精準(zhǔn)、更符合客觀實(shí)際。