模糊數(shù)學(xué)在井工開采中的應(yīng)用

張忠東

（福建龍巖市環(huán)閩投資有限公司，福建 龍巖 364000）

傳統(tǒng)教學(xué)在解決問題時(shí)會(huì)面臨許多的阻礙，受到的局限性也比較大。因此。為了規(guī)避這些問題的產(chǎn)生，必須合理應(yīng)用模糊概念。在實(shí)際應(yīng)用過程中，模擬數(shù)學(xué)和模糊邏輯，能夠使各種模糊問題得到有效的處理。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用，模糊數(shù)學(xué)方式可以使模式識(shí)別能力得到顯著的提升，對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的模擬。在工業(yè)控制中，利用模糊數(shù)學(xué)原理可以將空調(diào)合理控制好，全面優(yōu)化辦公環(huán)境。基于模糊數(shù)學(xué)的一系列優(yōu)勢(shì)，目前其已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中有所應(yīng)用，特別是井工開采領(lǐng)域更是得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了重要的作用和價(jià)值。

1 模糊數(shù)學(xué)研究

1.1 模糊數(shù)學(xué)概述

目前，模糊概念已經(jīng)貫穿于人們的日常生活中。例如，大與小、輕與重等都屬于模糊概念的主要組成[1]。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，越來越多的學(xué)者開始研究模糊概念相關(guān)問題，為了分析定量，必須合理利用模糊數(shù)學(xué)這一工具。模糊數(shù)學(xué)這一學(xué)科具有一定的創(chuàng)新性，依托經(jīng)典數(shù)學(xué)等逐漸發(fā)展而來。統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)可以進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍，而模糊數(shù)學(xué)則是將數(shù)學(xué)延伸到了模糊領(lǐng)域，無論是精確現(xiàn)象還是模糊現(xiàn)象都包含在其中。在各科學(xué)領(lǐng)域中，確定性和不確定性是各種量的主要類型。而不確定性問題又可以進(jìn)一步劃分，模糊數(shù)學(xué)可以對(duì)不確定性和模糊性量的變化規(guī)律進(jìn)行深入的研究。

1.2 模糊數(shù)學(xué)產(chǎn)生

集合論有效促進(jìn)了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展。集合論最為主要的意義就是改變?nèi)藗兊囊庾R(shí)，用集合的方式將概念描述出來，用集合的關(guān)系和運(yùn)算表達(dá)推理，從而在數(shù)學(xué)框架中合理融入現(xiàn)實(shí)的理論系統(tǒng)[2]。不可否認(rèn)，在描述自然界的客觀現(xiàn)象時(shí)數(shù)學(xué)發(fā)揮了重要的作用，所起到的效果也比較顯著。但是，與隨機(jī)現(xiàn)象一樣，大量的模糊想象普遍存在于人們的日常生活中，如多云、小雨等都屬于非常典型的代表。在外延現(xiàn)象上可以限制人的表現(xiàn)力，其要求必須明確元素對(duì)集合的隸屬關(guān)系，不能處于模糊不清的狀態(tài)，因而外延不分明的概念也無法通過經(jīng)典集合來表現(xiàn)。

在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的背景下，人們需要面臨更加復(fù)雜的系統(tǒng)，伴隨著復(fù)雜性出現(xiàn)了模糊性；此外，受到人文、社會(huì)學(xué)科的影響，也進(jìn)一步鞏固了模糊性教學(xué)處理問題的地位；更為關(guān)鍵的是，計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展速度不斷提升，對(duì)計(jì)算機(jī)也提出了更加嚴(yán)格的要求。凡此種種，讓人們對(duì)模糊性更加關(guān)注和重視，必須采取合理的途徑將客觀現(xiàn)象處理好。

“隸屬函數(shù)”最早在美國(guó)控制論專家的論文中出現(xiàn)，使經(jīng)典集合論中的絕對(duì)關(guān)系被徹底突破。這一工作的落實(shí)，誕生了模糊數(shù)學(xué)這一重要的數(shù)學(xué)分支[3]。

2 模糊數(shù)學(xué)在井工開采中的應(yīng)用

2.1 采動(dòng)影響下建筑物損害程度的模糊聚類分析

從具體實(shí)踐中可以明確看出，很多種因素都會(huì)影響建筑物損害程度，這些因素并不能完全確定，有些因素相對(duì)比較模糊[4]。這些因素的存在，必須依賴于模糊性深入研究建筑物損害程度，且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多的領(lǐng)域。同時(shí)，也逐漸應(yīng)用于采礦工程領(lǐng)域。該方法在具體應(yīng)用過程中具有極強(qiáng)的便利性和實(shí)用性。因此，為了對(duì)建筑物破壞等級(jí)有明確的了解，必須通過模糊聚類來分析，為井工開采工作的順利進(jìn)行提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.2 采空區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)度的模糊綜合評(píng)價(jià)

在礦山比較常見的災(zāi)害就是采空區(qū)災(zāi)害，其一旦發(fā)生將造成難以預(yù)計(jì)的損失。如果長(zhǎng)時(shí)間存在采空區(qū)，將會(huì)對(duì)礦山安全生產(chǎn)造成威脅，難以保證井下生產(chǎn)設(shè)備及井下工人的安全性[5]。

由于不同事故地點(diǎn)所發(fā)生的事故情況難以保證相同，其所產(chǎn)生的后果也會(huì)有明顯的差異性。在發(fā)生事故之前由專門的人員科學(xué)預(yù)測(cè)事故可能造成的損失，使安全管理部門可以對(duì)事故產(chǎn)生的危險(xiǎn)后果有明確的了解，決定預(yù)防措施的資金投入力度，使這種危險(xiǎn)性可以降到最低。在評(píng)價(jià)采空區(qū)災(zāi)害時(shí)會(huì)面臨一定的困難性，比如無法明確采空區(qū)災(zāi)害發(fā)生的主要因素；采空區(qū)災(zāi)害發(fā)生要素具有一定的地域性和危險(xiǎn)性，不僅會(huì)損害對(duì)象，且會(huì)造成經(jīng)濟(jì)方面的損失，不利于環(huán)境保護(hù)。因此，需要合理運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法，對(duì)采空區(qū)災(zāi)害發(fā)生影響因素進(jìn)行分析，建立穩(wěn)定的理論評(píng)價(jià)模型，對(duì)采空區(qū)的危險(xiǎn)度進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)測(cè)。

2.3 采礦方案的模糊優(yōu)選

很多種因素都會(huì)影響采礦方案選擇，且這些因素并不能明確，具有模糊性和隨機(jī)性的特征[6]。傳統(tǒng)的采礦方案無法將實(shí)際情況準(zhǔn)確的反映出來。模糊數(shù)學(xué)優(yōu)選法可以合理轉(zhuǎn)化采礦過程中的不同因素，結(jié)合各采礦方案的技術(shù)致病，對(duì)不同方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)分析，確保合理選擇科學(xué)的方案，作出客觀性的評(píng)價(jià)。應(yīng)用模糊法可以準(zhǔn)確分析各采礦方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不僅可以將隨機(jī)性體現(xiàn)處理來，其對(duì)模糊性也進(jìn)行了全面地考慮，可靠性極強(qiáng)，與工程實(shí)際需要非常符合。

2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)法在礦山地質(zhì)災(zāi)害分析中的應(yīng)用

通過開采可以更好地利用資源，但會(huì)明顯的破壞礦區(qū)周圍的環(huán)境，且這種影響波及面廣，影響因子多。以某地區(qū)為例，該地區(qū)具有非常豐富的礦產(chǎn)資源，采礦時(shí)間較長(zhǎng)，但生態(tài)環(huán)境背景不夠強(qiáng)大，特別是在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，資源開發(fā)直接增加了環(huán)境保護(hù)的壓力，礦山開采面臨多種問題；沒有合理堆放廢渣，引發(fā)了泥石流等自然災(zāi)害。為此，必須科學(xué)評(píng)價(jià)礦山開發(fā)過程中的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性，特別是定量評(píng)價(jià)更是具有非常重要的意義。以礦山開發(fā)特點(diǎn)為依據(jù)，在評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的過程中，需要將礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因素集準(zhǔn)確把握好，然后以此確定該評(píng)價(jià)因子，進(jìn)而合理應(yīng)用模糊綜合評(píng)判的方法量化研究礦山開發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性。

2.5 模糊綜合評(píng)判法在礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

礦井中比較關(guān)鍵的部分就是礦井通風(fēng)系統(tǒng)，可以對(duì)工人生命安全進(jìn)行全面的保護(hù)，使工人工作效率得到顯著的提升。因此，必須做好礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全預(yù)警。礦井通風(fēng)系統(tǒng)由多個(gè)部分共同組成。其主要任務(wù)就是將新鮮的空氣提供給各個(gè)用風(fēng)系統(tǒng)，整個(gè)過程具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，為井下工作人員的生存提供保證，并在井下發(fā)生災(zāi)變時(shí)使風(fēng)向和風(fēng)量發(fā)生改變，避免進(jìn)一步擴(kuò)大災(zāi)害。安全評(píng)價(jià)在辨別危險(xiǎn)時(shí)會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)、科學(xué)的方法，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和分析系統(tǒng)的安全性，采取合理的措施控制危險(xiǎn)源并將其處理好。因此，運(yùn)用模糊評(píng)判的數(shù)學(xué)原理可以準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)通風(fēng)系統(tǒng)觀，提出礦井通風(fēng)系統(tǒng)模糊處理模型，并深入研究不同因素的隸屬函數(shù)。該方法可以對(duì)評(píng)價(jià)過程和評(píng)價(jià)因素的模糊性概念進(jìn)行準(zhǔn)確地反映。

2.6 綜采工作面參數(shù)系統(tǒng)多維灰色狀態(tài)模型

很多種因素都會(huì)影響綜采工作面生產(chǎn)，這些因素與綜采工作面各參數(shù)相結(jié)合，可以對(duì)綜采工作面生產(chǎn)狀態(tài)有準(zhǔn)確的了解。但綜采工作面的生產(chǎn)狀態(tài)不是一成不變的，具有一定的變化性，會(huì)受到時(shí)間的影響發(fā)生改變。輸入?yún)?shù)是綜采工作面影響因素的總稱，而輸出參數(shù)則是綜采工作面的各指標(biāo)。

灰色關(guān)系在綜采工作面輸入和輸出參數(shù)之間普遍存在。對(duì)綜采工作面參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)理論，量化系統(tǒng)，建立模型。初步得到的灰色狀態(tài)模型具有多元化的維度，可以高效整合綜采工作面參數(shù)，運(yùn)用該模型可以對(duì)綜采工作面生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行合理地控制，為高產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。

2.7 巖石強(qiáng)度等級(jí)的模糊評(píng)價(jià)

在采礦工程中，優(yōu)選采礦方法必須準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖石力學(xué)強(qiáng)度等級(jí)。但很多種不確定的因素都會(huì)影響巖石周邊的環(huán)境，且需要隨機(jī)抽取巖石勘探取樣，因此需要面臨很多的困難才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。在模糊評(píng)價(jià)巖石強(qiáng)度時(shí)需要合理利用模糊教學(xué)中的最大隸屬原則。

3 結(jié)論

在采礦工程領(lǐng)域中，很多種因素都會(huì)影響采礦方法選擇，應(yīng)用模糊法可以準(zhǔn)確的分析不同采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將隨機(jī)性、模糊性等不同特征共同的體現(xiàn)出來，具有較高的可靠性和代表性，以更好地滿足實(shí)際需要。