礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價研究

張一飛

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

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求越來越高，開始對礦山進行大量開采，礦區(qū)開采帶動周邊經(jīng)濟的發(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階段。對礦區(qū)進行不合理的開采會導(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，為了維護礦區(qū)生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展，所以對礦山實施復(fù)墾，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護具有重要作用。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)境也會造成不同的影響，其影響的方面也會不同。在礦山復(fù)墾中，需要針對礦山的地形地質(zhì)特征進行分析，采取有效的復(fù)墾方案。在礦區(qū)開采過程中，植被會被嚴重破壞，強對礦區(qū)的復(fù)墾和保護工作，加強對于植被的恢復(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

1.1 提取礦山復(fù)墾工程地質(zhì)特征

在進行礦區(qū)復(fù)墾工作中，首先要對礦山復(fù)墾工程地質(zhì)特征進行分析，根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的不同制定復(fù)墾計劃。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，對它們進行全面的分析，利用有利條件進行有效復(fù)墾計劃。在礦山開采過程中，礦區(qū)土地損毀是重要的一個特征，分別包括兩個特征，一個是沉陷區(qū)土地損毀特征，另一個是壓占區(qū)土地損毀特征。沉陷區(qū)損毀地質(zhì)中損毀類型較多，造成水土流失嚴重，地質(zhì)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變對滲透環(huán)境造成嚴重破壞[1]。沉陷區(qū)損毀地質(zhì)具有很強的隱蔽性，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不同。壓占區(qū)土地損毀對土地和空氣污染都很嚴重，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，會對空氣造成嚴重污染，甚至礦產(chǎn)資源中的有些元素進入大氣層，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，要有具體的認識，以礦山邊坡穩(wěn)定性研究為重點，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：

把個邊坡組成的知識庫作為論域，即樣本集合為：

通過計算決策屬性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：

對每個評判指標(biāo)An，計算決策屬性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)墾工作的進程，上述模型可以給人更直觀的感受，有效進行穩(wěn)定性評價。

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)上進行實施，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，進行不斷地迭代計算，最終達到最優(yōu)結(jié)果，或者最優(yōu)范圍。輸入一個決策表M，在決策表中決策屬性集合與條件屬性可以進行合并，但是兩個集合相互交叉時得到的是空集，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]。確定一個編碼方式，根據(jù)初始群體計算適應(yīng)度值，如果計算出來的適度值滿足就停止計算，如果沒有滿足就繼續(xù)運算。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]。在進行邊坡穩(wěn)定性評價中，把需要評價的邊坡提取出來，通過收集到的數(shù)據(jù)進行分析，最終分析的結(jié)果用物元表示，即得到評價物元。

2 實驗驗證

2.1 實驗準(zhǔn)備

我們在對礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價中，選取對邊坡穩(wěn)定性研究，我們發(fā)現(xiàn)計算邊坡穩(wěn)定性模型有很多，制定一個最可靠的評價方法，設(shè)置6個礦山邊坡作為測試樣本，對6個邊坡進行量化處理，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。在進行樣本選定后，需要確定支持向量機中的函數(shù)與其中的參數(shù)，來尋找決策函數(shù)，設(shè)置支持向量機模型以及參數(shù)，如表2所示。

表2 支持向量機模型及參數(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)進行擬合精確性影響程度就會更高，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，測試各個因素對邊坡穩(wěn)定性的影響，確定一個影響因素時，把其他因素確定為一個準(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 巖石單軸抗壓強度與邊坡穩(wěn)定性等級關(guān)系圖

圖中把巖石單軸抗壓強度設(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，進行評價，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)，進行穩(wěn)定性評價。測試巖體完整性與邊坡穩(wěn)定的關(guān)系，進行評價如圖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)過實驗驗證處于第二等級和第三等級之間時，巖石的完整性較好，礦山復(fù)墾區(qū)處于安全范圍，超過第三等級進入第四等級時，邊坡穩(wěn)定性變差。人為因素對邊坡穩(wěn)定性影響進行評價，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。對影響因素的進一步檢驗，可以確定出可靠性較高的模型。有利于進行礦山復(fù)墾工程地質(zhì)分區(qū)的穩(wěn)定性評價。當(dāng)人為因素在1到2之間時，復(fù)墾區(qū)邊坡最為穩(wěn)定，人為因素超過2時，邊坡穩(wěn)定性最差。

3 結(jié)語

當(dāng)今社會的發(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)濟的可持續(xù)發(fā)展，加強礦山復(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。