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        礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價(jià)研究

        2021-11-02 08:33:48張一飛
        中國金屬通報(bào) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:工程地質(zhì)分區(qū)礦區(qū)

        張一飛

        (中國有色金屬長沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南 長沙 410000)

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對礦產(chǎn)資源的需求越來越高,開始對礦山進(jìn)行大量開采,礦區(qū)開采帶動(dòng)周邊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。礦區(qū)復(fù)墾也是礦區(qū)開采的重要部分,是礦區(qū)開采完成后的最后一個(gè)階段。對礦區(qū)進(jìn)行不合理的開采會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)環(huán)境的惡化,破壞地表植被,對地下水資源造成污染,甚至引發(fā)自然災(zāi)害,為了維護(hù)礦區(qū)生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展,所以對礦山實(shí)施復(fù)墾,對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要作用。礦區(qū)開采方式有兩種,分別為地下開采和露天開采,不同的開采方式對礦區(qū)環(huán)境也會(huì)造成不同的影響,其影響的方面也會(huì)不同。在礦山復(fù)墾中,需要針對礦山的地形地質(zhì)特征進(jìn)行分析,采取有效的復(fù)墾方案。在礦區(qū)開采過程中,植被會(huì)被嚴(yán)重破壞,強(qiáng)對礦區(qū)的復(fù)墾和保護(hù)工作,加強(qiáng)對于植被的恢復(fù),有效地改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境,防治水土流失。

        1 礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價(jià)

        1.1 提取礦山復(fù)墾工程地質(zhì)特征

        在進(jìn)行礦區(qū)復(fù)墾工作中,首先要對礦山復(fù)墾工程地質(zhì)特征進(jìn)行分析,根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的不同制定復(fù)墾計(jì)劃。還要分析礦山的地理位置、氣候情況、水文特征以及地貌地形,對它們進(jìn)行全面的分析,利用有利條件進(jìn)行有效復(fù)墾計(jì)劃。在礦山開采過程中,礦區(qū)土地?fù)p毀是重要的一個(gè)特征,分別包括兩個(gè)特征,一個(gè)是沉陷區(qū)土地?fù)p毀特征,另一個(gè)是壓占區(qū)土地?fù)p毀特征。沉陷區(qū)損毀地質(zhì)中損毀類型較多,造成水土流失嚴(yán)重,地質(zhì)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變對滲透環(huán)境造成嚴(yán)重破壞[1]。沉陷區(qū)損毀地質(zhì)具有很強(qiáng)的隱蔽性,沉陷區(qū)損毀地質(zhì)大多發(fā)生在地下,在表面地質(zhì)結(jié)構(gòu)中一般很難看出來,可能表面的一條小裂縫,可能在地下就是很寬的裂縫,所以有較強(qiáng)的的隱蔽性。沉陷區(qū)損毀地質(zhì)還具有分散性,并不是集中分布的,由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同,造成的影響程度也會(huì)不同。壓占區(qū)土地?fù)p毀對土地和空氣污染都很嚴(yán)重,由于礦山資源開采過程中出現(xiàn)很多粉塵,在風(fēng)力的作用下,會(huì)對空氣造成嚴(yán)重污染,甚至礦產(chǎn)資源中的有些元素進(jìn)入大氣層,與雨水相結(jié)合,對土壤、水資源造成二次污染,在復(fù)墾工作中要考慮到資源中金屬元素帶來的危害,有效避免在復(fù)墾中對環(huán)境造成二次污染,合理利用地質(zhì)條件進(jìn)行復(fù)墾[2]。壓占地區(qū)土地的破壞分布相對集中,承載力較大,因此在礦區(qū)復(fù)墾工程的穩(wěn)定性確定時(shí),要有具體的認(rèn)識,以礦山邊坡穩(wěn)定性研究為重點(diǎn),展開對礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性研究。

        1.2 建立粗糙集理論模型

        我們對礦區(qū)復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價(jià)中需要建立粗糙集理論模型,粗造集理論模型是對模糊和不確定性的事物給出一個(gè)滿意的結(jié)果。在礦區(qū)復(fù)墾中,很多地下地質(zhì)特征都是有很多不確定的,創(chuàng)建粗糙集理論模型可以有效解決這一問題。粗造集理論模型就是對論域、知識和等價(jià)類的全部體現(xiàn)[3]。粗造集理論模型的建立是對權(quán)重系數(shù)的確定,避免人們計(jì)算權(quán)重系數(shù)的迷茫性。我們在礦區(qū)復(fù)墾中將邊坡穩(wěn)定性的各個(gè)因素為條件屬性,條件集合為:

        把穩(wěn)定性的等級作為決策屬性,則決策屬性集合為:

        把個(gè)邊坡組成的知識庫作為論域,即樣本集合為:

        通過計(jì)算決策屬性B對條件屬性A的依賴程度 ,可以判斷指標(biāo)集合對待評邊坡穩(wěn)定性等級B的依賴程度:

        對每個(gè)評判指標(biāo)An,計(jì)算決策屬性B對條件屬性ya?an的依賴度:

        通過上述公式可以計(jì)算出來第n種評判指標(biāo)的權(quán)系數(shù)為:

        利用上述公式可以得到一個(gè)可靠性較高的結(jié)果,給礦區(qū)復(fù)墾工作提供前提保障,加快復(fù)墾工作的進(jìn)程,上述模型可以給人更直觀的感受,有效進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。

        1.3 基于屬性約簡算法判斷穩(wěn)定性

        屬性約簡算法是在遺傳算法基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)施,它是啟發(fā)式遺傳算法的基礎(chǔ),需要設(shè)置特定的初始群體或者隨機(jī)產(chǎn)生的群體,從設(shè)置的群體出發(fā),按照特定的程序去操作,進(jìn)行不斷地迭代計(jì)算,最終達(dá)到最優(yōu)結(jié)果,或者最優(yōu)范圍。輸入一個(gè)決策表M,在決策表中決策屬性集合與條件屬性可以進(jìn)行合并,但是兩個(gè)集合相互交叉時(shí)得到的是空集,并且決策屬性集不為空集,最終輸出決策表的最小相對約簡[4]。確定一個(gè)編碼方式,根據(jù)初始群體計(jì)算適應(yīng)度值,如果計(jì)算出來的適度值滿足就停止計(jì)算,如果沒有滿足就繼續(xù)運(yùn)算。按照規(guī)定的選擇策略,從初始種群中選擇下一代種群,進(jìn)行交叉、變異操作,最后得到最可靠的適度值,從而確定礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性[5]。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價(jià)中,把需要評價(jià)的邊坡提取出來,通過收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最終分析的結(jié)果用物元表示,即得到評價(jià)物元。

        2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        我們在對礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價(jià)中,選取對邊坡穩(wěn)定性研究,我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算邊坡穩(wěn)定性模型有很多,制定一個(gè)最可靠的評價(jià)方法,設(shè)置6個(gè)礦山邊坡作為測試樣本,對6個(gè)邊坡進(jìn)行量化處理,得到邊坡樣本原始數(shù)據(jù),如表1所示。

        表1 邊坡樣本原始數(shù)據(jù)

        表中A1表示邊坡角,A2表示巖石單軸抗壓強(qiáng)度,A3表示坡面與主要結(jié)構(gòu)面關(guān)系,A4表示巖石完整性,A5表示人為因素。在進(jìn)行樣本選定后,需要確定支持向量機(jī)中的函數(shù)與其中的參數(shù),來尋找決策函數(shù),設(shè)置支持向量機(jī)模型以及參數(shù),如表2所示。

        表2 支持向量機(jī)模型及參數(shù)

        表中D表示模型的懲罰參數(shù),懲戒的參數(shù)量越大對于數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合精確性影響程度就會(huì)更高,f是表示模型的分類精度重要影響程度。

        2.2 穩(wěn)定性測試

        從確定的樣本中,測試各個(gè)因素對邊坡穩(wěn)定性的影響,確定一個(gè)影響因素時(shí),把其他因素確定為一個(gè)準(zhǔn)確的量。從測得邊坡角度不同,對邊坡產(chǎn)生影響如圖1所示。

        圖1 邊坡角度與穩(wěn)定性等級關(guān)系圖

        把邊坡角的范圍設(shè)置在0到90的范圍,邊坡穩(wěn)定性角度增加量為1。測試巖石單軸抗壓強(qiáng)度對邊坡穩(wěn)定性影響情況如圖2所示。

        圖2 巖石單軸抗壓強(qiáng)度與邊坡穩(wěn)定性等級關(guān)系圖

        圖中把巖石單軸抗壓強(qiáng)度設(shè)置0到150的范圍,邊坡穩(wěn)定性角度增加量為1。測試坡面與巖層產(chǎn)狀關(guān)系和邊坡穩(wěn)定情況,進(jìn)行評價(jià),如圖3所示。

        圖3 坡面與巖層狀關(guān)系圖

        圖中把坡面與巖層狀關(guān)系的值設(shè)置在0到3范圍之內(nèi),進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。測試巖體完整性與邊坡穩(wěn)定的關(guān)系,進(jìn)行評價(jià)如圖4所示。

        圖4 巖體完整性指數(shù)與邊坡穩(wěn)定關(guān)系圖

        將邊坡穩(wěn)定性大致劃分為6個(gè)等級,把巖體完整性指數(shù)考慮在0到3范圍之內(nèi),經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證處于第二等級和第三等級之間時(shí),巖石的完整性較好,礦山復(fù)墾區(qū)處于安全范圍,超過第三等級進(jìn)入第四等級時(shí),邊坡穩(wěn)定性變差。人為因素對邊坡穩(wěn)定性影響進(jìn)行評價(jià),如圖5所示。

        圖5 人為因素與邊坡穩(wěn)定性關(guān)系圖

        把人為因素的范圍考慮在0到3之間,邊坡穩(wěn)定性角度增加量為1。對影響因素的進(jìn)一步檢驗(yàn),可以確定出可靠性較高的模型。有利于進(jìn)行礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價(jià)。當(dāng)人為因素在1到2之間時(shí),復(fù)墾區(qū)邊坡最為穩(wěn)定,人為因素超過2時(shí),邊坡穩(wěn)定性最差。

        3 結(jié)語

        當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展越來越離不開礦產(chǎn)資源,礦區(qū)開采帶來的生態(tài)環(huán)境污染,也制約著我們經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,加強(qiáng)礦山復(fù)墾工作,改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,確保復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性。本文通過構(gòu)建模型,利用約減算法判斷穩(wěn)定性,本文沒有涉及到復(fù)墾措施,沒有根據(jù)穩(wěn)定性動(dòng)力分析,提出復(fù)墾措施,希望在下次研究中,給出相應(yīng)的復(fù)墾措施。

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