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        基于組合賦權(quán)法的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)及應(yīng)用

        2021-02-04 11:34:10仲淑姮李燕嬌
        煤炭工程 2021年1期
        關(guān)鍵詞:權(quán)法賦權(quán)分值

        仲淑姮,李燕嬌

        (中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 能源與礦業(yè)學(xué)院,北京 100083)

        隨著綜合機(jī)械化水平的提高,礦井回采工作面推進(jìn)速度越來越快,但掘進(jìn)面推進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后,大多數(shù)礦井都存在采掘接替緊張問題[1-3]。為了提高整個(gè)礦井的煤炭產(chǎn)量,就需要保持采掘之間的平衡,因此提高掘進(jìn)面推進(jìn)速度是保證礦井高效開采亟待解決的問題[4,5]。而對回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠清晰直觀地反應(yīng)其掘進(jìn)水平,針對其薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)以便提高掘進(jìn)速度。近年來,相關(guān)學(xué)者也就如何提高巷道掘進(jìn)速度進(jìn)行了大量研究,朱現(xiàn)磊[6]將影響煤巷快速掘進(jìn)的因素歸納為工程地質(zhì)條件、掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)技術(shù)及施工組織管理四個(gè)方面。王學(xué)成[7]對我國煤礦井下快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),針對其存在的問題提出今后的發(fā)展方向。吳信友[8]從地質(zhì)構(gòu)造、裝備水平、掘進(jìn)工藝、組織管理水平等方面詳細(xì)分析了其對巷道快速掘進(jìn)的影響。王群[9]認(rèn)為影響煤礦快速掘進(jìn)的主要原因是支護(hù)工藝與掘進(jìn)工藝之間的不匹配,并通過改進(jìn)支護(hù)工藝來提高掘進(jìn)速度。

        總結(jié)以上研究可以發(fā)現(xiàn),影響煤礦回采巷道快速掘進(jìn)的因素有地質(zhì)條件、設(shè)備性能、管理水平和職工技術(shù)水平等,改進(jìn)技術(shù)與裝備、提高組織管理水平可以提高掘進(jìn)速度。這些研究為評(píng)價(jià)煤礦回采巷道快速掘進(jìn)能力提供了理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐,但針對回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)的研究少之又少?;诖?,論文以4個(gè)礦井為研究背景,采用組合賦權(quán)法對其回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        1 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,依據(jù)指標(biāo)體系建立原則(科學(xué)性、可操作性、全面性、時(shí)效性、規(guī)范性)[10,11]。構(gòu)建包含4個(gè)二級(jí)指標(biāo)和17個(gè)三級(jí)指標(biāo)的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其中三級(jí)指標(biāo)包含5個(gè)定性指標(biāo)(應(yīng)對突發(fā)事件能力、機(jī)械化水平、頂板完整程度、制度標(biāo)準(zhǔn)化程度、組織協(xié)調(diào)能力),12個(gè)定量指標(biāo),如圖1所示。

        圖1 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        2 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

        回采巷道掘進(jìn)能力受多方面因素影響,屬于綜合評(píng)價(jià)性問題,評(píng)價(jià)時(shí)需要采用綜合的評(píng)價(jià)方法與技術(shù)。組合賦權(quán)法在評(píng)價(jià)過程中將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法綜合在一起,規(guī)避了單一方法評(píng)價(jià)時(shí)存在的缺陷,使評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)可靠。基于組合賦權(quán)法的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)的基本思路是:首先確定映射標(biāo)準(zhǔn)與分值矩陣,其次利用主客觀相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)權(quán)重,最后計(jì)算局部及綜合得分,根據(jù)分值確定評(píng)價(jià)等級(jí),具體步驟如圖2所示。

        圖2 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)步驟

        2.1 組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

        綜合評(píng)價(jià)中,指標(biāo)權(quán)重占據(jù)著核心地位,權(quán)重值的準(zhǔn)確度直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性。目前指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要分為兩類,即主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法[12,13]。主觀賦權(quán)法是評(píng)價(jià)主體根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)確定權(quán)重的一種方法。其主觀隨意性較強(qiáng),常用的有層次分析法、德爾菲法、二項(xiàng)系數(shù)法、環(huán)比評(píng)分法等[14]??陀^賦權(quán)法是是根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過一定數(shù)學(xué)方法來確定權(quán)重,其判斷結(jié)果不依賴于人的主觀判斷,有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù),但易忽略指標(biāo)本身的差異性,主要有主成分分析法、熵權(quán)法、變異系數(shù)法等[15]。論文采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)權(quán)重,既可以吸收資深專家的理論與經(jīng)驗(yàn),又力爭減少賦權(quán)的主觀隨意性,使評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)可靠。

        2.1.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

        層次分析法是一種主觀賦權(quán)法,其將復(fù)雜問題分解為若干個(gè)層次,通過構(gòu)建多層次分析模型,獲得影響因素的相對權(quán)重[16]。根據(jù)已構(gòu)建的回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu),同層次元素間進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造判斷矩陣。指標(biāo)與指標(biāo)之間的相對重要性用數(shù)字1~9及其倒數(shù)作為標(biāo)度進(jìn)行打分,并利用一致性比率CR對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),當(dāng)CR<0.10時(shí),判斷矩陣具有滿意的一致性;否則,需要調(diào)整矩陣直至其滿足一致性標(biāo)準(zhǔn)。為了降低人為主觀因素的影響,論文采用調(diào)查問卷的方式,分別向礦井專業(yè)人員和教學(xué)科研人員發(fā)放10份調(diào)查問卷,利用yaahp軟件計(jì)算出每一份調(diào)查問卷各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)權(quán)重向量,利用spss軟件進(jìn)行聚類分析,將20名專家聚成若干類,利用式(1)計(jì)算各類權(quán)重系數(shù),最后利用式(2)確定各指標(biāo)權(quán)重[17]。

        2.1.2 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

        在信息論中熵是對不確定性的一種度量,信息量越大不確定性就越小,熵也就越小,反之熵就越大。熵權(quán)法是根據(jù)指標(biāo)值的變異程度來確定權(quán)數(shù),是一種客觀賦權(quán)法[18]。熵權(quán)法確定權(quán)重的步驟如下:

        1)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣。設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對象,n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣X。

        2.1.3 組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

        組合賦權(quán)法是利用幾何平均將層次分析法確定的主觀權(quán)向量α=(α1,α2,…,αj)和熵權(quán)法確定的客觀權(quán)向量β=(β1,β2,…,βj)組合到一塊,其計(jì)算公式為:

        2.2 快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

        回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)時(shí),從整體和局部兩個(gè)層面入手,根據(jù)總的評(píng)價(jià)結(jié)果從整體把握回采巷道快速掘進(jìn)水平,根據(jù)局部評(píng)價(jià)結(jié)果可以剖析影響回采巷道快速掘進(jìn)的原因。回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中,三級(jí)指標(biāo)包含5個(gè)定性指標(biāo),12個(gè)定量指標(biāo)。評(píng)價(jià)時(shí)為了方便計(jì)算,定性指標(biāo)由現(xiàn)場專業(yè)人員結(jié)合實(shí)際情況用具體分值進(jìn)行量化,同時(shí)定量指標(biāo)也根據(jù)其實(shí)測值映射為具體分值,其映射標(biāo)準(zhǔn)見表1。根據(jù)各指標(biāo)的分值矩陣Rij,結(jié)合組合賦權(quán)法確定的各指標(biāo)權(quán)重,局部得分的計(jì)算公式為:

        表1 各指標(biāo)值映射標(biāo)準(zhǔn)

        在局部得分的基礎(chǔ)上,回采巷道快速掘進(jìn)能力得分的計(jì)算公式為:

        3 實(shí)例應(yīng)用與分析

        論文以四個(gè)礦井(A、B、C、D)為例對其回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。3202回采巷道位于A礦的2#煤層,煤層瓦斯含量為0~2m3/t,直接頂巖性為泥巖;10905回采巷道位于B礦9#煤層,煤層瓦斯含量為3 ~ 5m3/t,直接頂巖性為泥巖和砂質(zhì)泥巖;11602回采巷道位于C礦6#煤層,煤層瓦斯含量為10~13.6m3/t,直接頂巖性為粉砂巖;2301回采巷道位于D礦3#煤層,煤層瓦斯含量為2~4m3/t,直接頂巖性為泥巖和細(xì)砂巖。四個(gè)回采巷道掘進(jìn)面各指標(biāo)實(shí)測值及映射分值見表2。

        表2 各指標(biāo)實(shí)測值及映射分值

        3.1 組合權(quán)重計(jì)算

        層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重時(shí),首先用1~20的數(shù)字對20份調(diào)查問卷進(jìn)行編號(hào),然后利用yaahp軟件計(jì)算出每一份調(diào)查問卷各指標(biāo)權(quán)重,最后利用SPSS軟件對權(quán)重向量進(jìn)行聚類分析,論文將20名專家聚為4類。利用式(1)計(jì)算指標(biāo)體系中第二層各類的權(quán)重系數(shù)為:0.0053、0.0211、0.0842、0.8894;第三層各類的權(quán)重系數(shù)為:0.0042、0.0042、0.0382、0.9534,然后利用式(2)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。其次根據(jù)各指標(biāo)現(xiàn)場實(shí)測值利用熵權(quán)法計(jì)算其權(quán)重,最后利用式(3)將層次分析法確定的權(quán)重與熵權(quán)法確定的權(quán)重組合到一起計(jì)算最終權(quán)重,其權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表3。

        表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

        3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

        根據(jù)表2所得的各指標(biāo)組合權(quán)重,結(jié)合其實(shí)測值所映射的具體分值,利用式(4)和式(5)分別計(jì)算出各回采巷道快速掘進(jìn)能力的局部得分及總體得分,根據(jù)得分情況依照表1確定評(píng)價(jià)等級(jí),其計(jì)算結(jié)果及對應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)見表4。4個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力得分排序依次為:A礦3202回采巷道、D礦2301回采巷道、B礦10905回采巷道、C礦11602回采巷道。3202、2301回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)為“較強(qiáng)”,其余兩個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“中等”,與現(xiàn)場實(shí)際情況基本相符合。3202、2301回采巷道快速掘進(jìn)能力基本滿足采掘接替需要,10905、11602回采巷道快速掘進(jìn)能力有待進(jìn)一步提高。

        表4 回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)

        回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)主要從人、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)環(huán)境、管理四個(gè)方面進(jìn)行,地質(zhì)環(huán)境是自然條件形成的,屬于固有影響因素。3202、2301回采巷道地質(zhì)條件相對較好,評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”,10905、11602回采巷道評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“中等”。3202、2301回采巷道機(jī)械設(shè)備評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”,10905、11602回采巷道屬于“中等”,受地質(zhì)條件影響其評(píng)價(jià)結(jié)果大體上與地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果相對應(yīng)。3202回采巷道人的評(píng)價(jià)等級(jí)屬于“較強(qiáng)”,其余三個(gè)回采巷道都屬于“中等”,表明B、C、D礦回采巷道職工整體素質(zhì)不高。4個(gè)回采巷道管理評(píng)價(jià)等級(jí)都屬于“較強(qiáng)”,說明4個(gè)礦在管理方面更為重視。

        通過以上分析可以得到,制約回采巷道快速掘進(jìn)的主控因素是“地質(zhì)環(huán)境”,其在回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重最高。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)(3202、2301),回采巷道掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)相對較好,其掘進(jìn)水平一般都能滿足采掘接替需要;當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境屬于中等或較差時(shí)(10905、11602),回采巷道掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)等級(jí)為中等及以下,掘進(jìn)水平一般不能滿足采掘接替需要,此時(shí),就需要從其他三個(gè)方面來提高其掘進(jìn)水平,比如:①通過加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)設(shè)備維修保養(yǎng)的頻率、降低設(shè)備故障次數(shù);②加強(qiáng)職工繼續(xù)教育與培訓(xùn)、提高職工的福利待遇,減少職工的流動(dòng)頻率;③提高管理者的管理水平,加強(qiáng)管理者與現(xiàn)場工作人員的交流溝通等方式最大限度地提高回采巷道掘進(jìn)能力,力爭使其掘進(jìn)水平達(dá)到較強(qiáng)及以上,從而保障采掘接替平衡。

        4 結(jié) 論

        1)構(gòu)建了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建原則,通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,從“人、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)環(huán)境、管理”四個(gè)方面構(gòu)建了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 。

        2)建立了回采巷道快速掘進(jìn)能力評(píng)價(jià)模型。首先確定映射標(biāo)準(zhǔn),其次利用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法確各指標(biāo)權(quán)重,規(guī)避了單一方法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)存在的缺陷,然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測值構(gòu)建分值矩陣,最后結(jié)合映射標(biāo)準(zhǔn)確定評(píng)價(jià)等級(jí)。

        3)利用評(píng)價(jià)模型對四個(gè)回采巷道快速掘進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià),根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定了制約其快速掘進(jìn)的關(guān)鍵因素為“地質(zhì)環(huán)境”,并指出通過加強(qiáng)設(shè)備維修與保養(yǎng)頻率、提高職工教育培訓(xùn)質(zhì)量、加強(qiáng)管理者與現(xiàn)場工作人員的溝通交流等方式提高掘進(jìn)速度,滿足采掘接替需要。

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