一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统

1.本发明属于废弃巷道技术领域，具体涉及一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统。


背景技术：

2.地下矿山开采形成了大量的巷道和采空区等废弃的深地空间。长期遗留的地下采空区若得不到及时处理，极易引发地表塌陷和湖泊干涸等各类环境灾难，现有的处理技术多为填充处置，花费高昂，造成极大的浪费。既有深地空间的科学改造和再利用可为城市未来的发展提供重要的深地空间资源。
3.然而，既有深地空间的改造和再利用与新建深地空间工程有显著差异。既有深地空间在长期缺乏支护的情况下，经历了施工扰动和长期多场耦合损伤作用，围岩稳定性较差且难以评估，必须回答改造施工和改建后长期运行过程中的安全稳定问题，突破稳定性评估、改造施工、安全防护和运行维护的系列关键技术。
4.目前来看，既有深地空间的再利用存在如下问题：原始开挖施工过程的数据信息多为人工记录，数据量大且繁杂，缺乏系统性，给二次利用造成阻碍；既有深地空间在长期缺乏支护的情况下，经历了施工扰动和长期多场耦合损伤作用产生的变化对再利用的影响难以评估；对二次开挖过程缺乏系统的模拟过程，盲目扩挖容易造成不可估量的危害


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统，实现对废气巷道的再利用评估。
6.本发明采用的技术方案是：一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统，包括信息获取单元和分析决策单元；所述信息获取单元用于收集废弃巷道的实时检测数据、原始施工信息以及历史信息，并对其进行数字化处理后发送至分析决策单元；分析决策单元基于接收到的数据，采用模糊综合评价法对影响废弃巷道再利用的指标进行赋值，所述指标形成废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系，基于综合决策评价指标体系计算得到废弃巷道再利用的可行性的评价结果。
7.上述技术方案中，所述信息获取单元包括原始施工信息模块；所述原始施工信息模块用于采集废弃巷道的原始施工信息，包括原始施工记录、废置年代。
8.上述技术方案中，所述信息获取单元包括监测数据模块；无人机探测仪对废弃巷道进行地质勘探，获取废气巷道的断面尺寸、几何形状、渗漏位置、渗漏面积、裂缝、水平位移、竖向位移、净空收敛信息，并将获取的信息反馈至监测数据模块。
9.上述技术方案中，所述信息获取单元包括历史相关信息模块；所述历史相关信息模块用于对废弃巷道形成历史上发生过的灾害事故以及附近是否有矿区的信息进行搜集整理。
10.上述技术方案中，所述废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系的构建过程包
括：
11.建立废弃巷道再利用的综合决策评价指标层次结构，将影响废弃巷道再利用的可行性的影响因素根据层次分析法分别划分为目标层、准则层和指标因子层；
12.分别建立准则层中各个指标的评价集；所述评价集中包括多个评价等级；
13.构建准则层中各个指标与其对应的指标因子的隶属度方程，并基于隶属度方程建立模糊关系矩阵，模糊关系矩阵代表了每一个指标因子对相应的准则层中的指标的评价等级的隶属程度；
14.基于层次分析法确定各分级指标所占权重；指标权重反映了单项指标因子个体对评价结果的总体影响。
15.上述技术方案中，所述废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系包括目标层、准则层和指标因子层；其中目标层为废弃巷道再利用的可行性的评价结果；准则层包括2项指标，为围岩稳定性和经济性；指标因子层包括14项指标，其中涉及围岩稳定性的包括废弃年代、岩体完整性、断面变形程度、顶板围岩强度、底板围岩强度、两帮围岩强度、最大水平主应力、巷道埋深、最大水平主应力方向与巷道轴向的夹角、本区段采动影响、相邻区段采动影响，涉及经济性的投资回收期、总投资收益率、改造成本。
16.上述技术方案中，围岩稳定性和经济性的评价集均包括将很好、良好、中等、较差、很差5个等级。
17.上述技术方案中，将隶属度视为指标因子和围岩稳定性或者经济性评价标准的函数，根据对应的评价集分级标准，通过取线形函数来确定各级稳定性和经济性的隶属函数；假设某个指标因子的参数实测值为xi，该指标因子对各个围岩稳定性或者经济性等级的隶属度如下:
18.对于越大越优型的指标因子：
[0019][0020][0021]
[0022][0023][0024]
对于越小越优型的指标因子：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]
式中，f
ij
为指标因子xi对评价等级l的隶属度，l＝1,2,3,4,5；a,b,c,d,e为计算因数。
[0031]
通过上述公式计算得到指标因子的模糊关系矩阵r＝[r
il
]n×5；n为围岩稳定性或者经济性所划分的指标因子数。
[0032]
上述技术方案中，基于层次分析法确定各分级指标所占权重的过程包括：
[0033]
在同一层次对各评价因素进行两两重要性比较，获得综合比较矩阵，根据重要程度排序指数构造相应的判断矩阵,各评价因素的重要性评判采用层次分析法标度；计算判断矩阵的优化矩阵和各评价指标的权重值。
[0034]
上述技术方案中，根据计算得出的模糊关系矩阵与各分级指标所占权重，按照指标因子层、准则层和目标层的顺序向上依次计算，得到最终评价结果向量；采用最大隶属度原则，找出最终评价结果向量中分量最大者，将其相对应的评价作为废弃巷道再利用的可行性的评价结果
[0035]
本发明的有益效果是：本发明建立了一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统，该系统可以实现废弃巷道再利用过程中的信息采集和决策评价。本发明的信息获取单元有效从各个维度获取废气巷道的各类信息，保证综合评价指标体系的各个指标能够体现废气巷道的具体情况，从而保证评价结果的精确度。本发明从安全性、经济性两个方面深入考虑分析，特别考虑到废弃巷道不同于新建地下工程的独有特征作为评价指标，建立了废弃巷道再利用的综合评价指标体系，采用多层次模糊综合评价法对废弃巷道再利用的影响因素进行评价，为施工人员提供关于废气巷道再利用的有效结论，为施工决策提供有效支撑，有效提供施工生产的效率和安全性。
附图说明
[0036]
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
[0038]
如图1所示，本发明采用的技术方案是：一种适用于废弃巷道再利用的信息化系统，包括信息获取单元和分析决策单元；所述信息获取单元用于收集废弃巷道的实时检测数据、原始施工信息以及历史信息，并对其进行数字化处理后发送至分析决策单元；分析决策单元基于接收到的数据，采用模糊综合评价法对影响废弃巷道再利用的指标进行赋值，所述指标形成废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系，基于综合决策评价指标体系计算得到废弃巷道再利用的可行性的评价结果。
[0039]
所述信息获取单元用于实现废弃巷道相关信息的输入，对废弃巷道的原始信息以及废弃巷道目前的具体情况进行数字化处理，包括原始施工信息模块、监测数据模块、历史相关信息模块。
[0040]
其中，原始施工信息模块用于收集废弃巷道的原始施工信息，包括原始施工记录、废置年代等。
[0041]
监测数据模块利用无人机探测仪对废弃巷道进行地质勘探，内容包括：断面尺寸、几何形状、渗漏位置、渗漏面积、裂缝、水平位移、竖向位移、净空收敛等信息。
[0042]
历史相关信息模块用于对废弃巷道形成历史上发生过的灾害事故以及附近是否有矿区等的信息进行搜集整理。
[0043]
所述分析决策单元依据信息获取单元收集到的数据，对废弃巷道再利用的可行性
进行分析评价。
[0044]
具体地，所述分析决策单元执行一种用于废弃巷道二次利用的综合模糊评价方法程序，采用模糊综合评价法对影响废弃巷道再利用的多方面指标进行综合评价，并且输出每种影响因素的评价结果。
[0045]
一种适用于废弃巷道二次利用的综合模糊评价方法，包括以下步骤：
[0046]
步骤1)确定影响废弃巷道二次开发利用的评价指标集c，c＝{c1，c2，
…
，cn}，n为评价对象分层指标集个数，建立废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系。
[0047]
废弃巷道的二次开发利用受多种因素影响，评价指标的选取需能够对各方面因素的特征准确描述。以废弃巷道再利用的可行性为目标层，准则层为废弃巷道再利用的安全性和经济性。
[0048]
废弃巷道再利用的安全性首先要对围岩稳定性做出整体的可靠评价，围岩稳定性受多方面因素影响，选取的评价指标是基于废弃巷道的独特特征，充分考虑到基本的影响洞室稳定性的物理量及废弃巷道的特殊性，建立废弃巷道围岩稳定性的综合评价指标体系。从基本的巷道稳定性层面考虑，依据工程规范，需监测的内容有水平位移、竖向位移、深层水平位移、土体分层竖向位移、净空收敛、倾斜、裂缝、孔隙水压力、结构应力等。考虑废弃巷道的独有特征，需要对巷道的废弃年代、巷道断面的几何形状、实际尺寸、岩体完整性等进行指标化。
[0049]
废弃巷道再利用的经济性考虑项目的改造成本，投资回收期等经济指标。
[0050]
基于上述分析，在遵循科学性与全面性、其代表性和层次性、数据可获得性、系统性和可操作性的原则上，构建废弃巷道再利用的综合决策评价指标体系。
[0051]
[0052][0053]
步骤2)：建立废弃巷道稳定性的评价集v，v＝{v1，v2，
…
，vm}，m为评价分级个数，将废弃巷道的稳定性分为很好、良好、中等、较差、很差5个等级。
[0054]
步骤3)：构造隶属度方程，建立模糊关系矩阵r，r＝[r
ij
]n
×
m，n为单个评价对象所划分的评价指标数，m为评价分级个数；
[0055]
模糊关系矩阵r代表了每一个评价指标因子对废弃巷道稳定性评价标准的隶属程度，将隶属度看成评级指标因子和稳定性评价标准的函数，根据分级标准，通过取线形函数来确定各级稳定性的隶属函数；假设某个评价指标因子的参数实测值为xi，那么这个因子对各个稳定性等级的隶属度如下:
[0056]
对于越大越优型的评价指标因子：
[0057][0058][0059]
[0060][0061][0062]
对于越小越优型的评价指标因子：
[0063][0064][0065][0066][0067][0068]
式中，f
ij
为评级指标因子xi对评价等级j的隶属度，j＝1,2,3,4,5
[0069]
通过上述公式计算得到指标的模糊关系矩阵r＝[r
ij
]n×m。
[0070]
步骤4)确定各分级指标权重w，基于层次分析法(ahp)确定各分级指标所占权重。指标权重反映了单项指标个体对评价结果总体影响。过程如下：
[0071]
(1)构造判断矩阵
[0072]
在同一层次对各评价因素进行两两重要性比较，获得综合比较矩阵，根据重要程度排序指数构造相应的判断矩阵a,各评价因素的重要性评判采用层次分析法标度：
[0073][0074]
式(4.1)中，a
ij
是因素i和因素j的比较数量化值。
[0075]
(2)计算判断矩阵的优化矩阵
[0076]
设原判断矩阵为a＝[a
ij
]n×n，则优化矩阵的相应元素计算公式为：
[0077][0078]
b＝[b
ij
]n×n[0079]
(3)计算评价指标权重值
[0080]
计算各评价指标的单一权重值，并对其进行归一处理，公式为：
[0081][0082][0083]
式(4.3)(4.4)中，wi为其中第i个评价因素对应的归一化权重值；n为同一层次评价指标个数；通过上式可得各指标权重分布。
[0084]
步骤5)：评价结果计算
[0085]
在指标权重向量w和模糊关系矩阵r已知时,模糊综合评价模型表达为:
[0086]
e＝w。r
ꢀꢀꢀ
(5.1)
[0087]
式(5.1)中，w为指标权重向量，。为模糊算子，选用加权平均型算子进行计算，r为
评价特征矩阵，
[0088]
将计算得出的模糊关系矩阵r与w带入上式，从指标层向上依次计算，得到最终评价结果向量e；采用最大隶属度原则，找出e向量中分量最大者e
max
，将其相对应的评价作为模糊综合评估的结果，实现对废弃巷道再利用的综合评价。
[0089]
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。