一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法及设备与流程

1.本发明涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.宽煤柱护巷是过去常用的护巷方法，煤柱宽度一般20～30m，随着煤厚和采深的增加，有些矿区煤柱宽度达40～60m，造成大量资源损失。调查表明,宽煤柱护巷造成的煤炭损失率10％～30％，在我国矿井煤炭资源各项浪费源头中居于首位。如何在减少煤柱损失的同时保障安全和高产高效是我国煤矿绿色开采的重要任务。
3.切顶卸压可人为决定基本顶的断顶位置，实现主动调控矿山压力。尤其近年来,随着矿井开采强度提高，采掘接替关系普遍紧张，经常出现迎采动工作面掘巷，即下一区段巷道在上区段工作面回采结束之前掘进。
4.而因为煤矿井下环境的复杂性，针对不同地貌往往选择不同的顶板卸压方案，但针对一地矿井的顶板条件，顶板卸压方案的选定通常是根据人工判断得到，并没有科学全面的分析各个因素对方案确定的影响权重，而是片面的扩大了某一个因素的影响权重，无法得到可靠科学的结论。


技术实现要素：

5.本发明提供一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在从不同的顶板卸压方案中选出最优方案。
6.为此，本发明的第一个目的在于提出一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法，包括：
7.构建顶板卸压方案优选模型，将待选定的不同类型顶板卸压方案，及根据现场条件确定的方案优选影响因素输入所述顶板卸压方案优选模型，所述顶板卸压方案优选模型输出结果即为不同顶板卸压方案的优选结果；其中，
8.所述顶板卸压方案优选模型包括：
9.输入层，用于接收所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素；
10.计算层，用于构建判断矩阵，将所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素作为所述判断矩阵中的计算元素，基于所述判断矩阵，计算每一方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响权重，确定不同方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响；
11.输出层，用于确定最优的顶板卸压方案并输出。
12.其中，判断矩阵包括第一判断矩阵和第二判断矩阵；其中，
13.所述第一判断矩阵是针对不同方案优选影响因素对优选方案的重要性比重，就不同方案优选影响因素对最终选定的优选方案的重要性建立；
14.所述第二判断矩阵是针对每一方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的重要性比重，分别就每一方案优选影响因素对全部类型顶板卸压方案的重要性建立；
15.其中，所述第一判断矩阵用于表征不同的方案优选影响因素对选定最优方案的重要性比重；第二判断矩阵用于表征不同的顶板卸压方案对每一类型的方案优选影响因素的重要性比重；所述重要性比重通过专家打分法获得。
16.其中，第二判断矩阵构建完成后，计算每一第二判断矩阵的特征向量和特征值并进行一致性检验，若一致性检验通过，确定每一第二判断矩阵的权向量。
17.其中，一致性检验包括一致性指标ci、随机一致性指标ri和一致性比率cr的检验。
18.其中，第一判断矩阵构建完成后，计算第一判断矩阵的特征向量和特征值，并进行一致性检验，若一致性检验通过，确定第一判断矩阵的权向量。
19.其中，基于第一判断矩阵和第二判断矩阵计算得到的权向量，计算不同顶板卸压方案的重要度，基于重要度的比较确定最优的顶板卸压方案。
20.其中，如果一致性检验未通过，则重新构建判断矩阵，并再次进行一次性检验。
21.本发明的第二个目的在于提出一种对不同顶板卸压方案进行优选的装置，包括：
22.顶板卸压方案优选模型，将待选定的不同类型顶板卸压方案，及根据现场条件确定的方案优选影响因素输入所述顶板卸压方案优选模型，所述顶板卸压方案优选模型输出结果即为不同顶板卸压方案的优选结果；其中，
23.所述顶板卸压方案优选模型包括：
24.输入层，用于接收所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素；
25.计算层，用于构建判断矩阵，将所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素作为所述判断矩阵中的计算元素，基于所述判断矩阵，计算每一方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响权重，确定不同方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响；
26.输出层，用于确定最优的同顶板卸压方案并输出。
27.本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如前述技术方案所述的方法。
28.本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述技术方案所述的方法。
29.区别于现有技术，本发明提供的对不同顶板卸压方案进行优选的方法，通过构建顶板卸压方案优选模型，将待选定的不同类型顶板卸压方案，及根据现场条件确定的方案优选影响因素输入所述顶板卸压方案优选模型，顶板卸压方案优选模型输出结果即为不同顶板卸压方案的优选结果。通过本发明，能够将所有方案优选影响因素对最优顶板卸压方案确定的影响权重全部以定量形式展现，使得从不同的顶板卸压方案中选出最优方案的过程更具有逻辑性和科学性。
附图说明
30.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
31.图1是本发明提供的一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法的逻辑示意图。
32.图2是本发明提供的一种对不同顶板卸压方案进行优选的装置的结构示意图。
33.图3是本发明提供的一种非临时性计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.下面参考附图描述本发明实施例的一种对不同顶板卸压方案进行优选的方法。该方法的整体思路是：
36.构建顶板卸压方案优选模型，将待选定的不同类型顶板卸压方案，及根据现场条件确定的方案优选影响因素输入所述顶板卸压方案优选模型，顶板卸压方案优选模型输出结果即为不同顶板卸压方案的优选结果。
37.本发明构建的顶板卸压方案优选模型包括三层结构，分别为输入层、计算层和输出层；
38.其中，输入层的目的是进行数据收集与准备；本发明意图针对实际环境选择最佳的顶板卸压方案，则输入层收集的数据则是实际环境可以实施的至少两个顶板卸压方案，及对当前实际环境下的矿井顶板卸压实施过程中的方案优选影响因素。方案优选影响因素涉及多个方面，需覆盖效果、效益、政策及舆论等不同角度。
39.计算层则是根据输入层输入的待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素，设定判断矩阵，并进行选择最佳方案相关的计算。
40.判断矩阵包括第一判断矩阵和第二判断矩阵，其中，
41.第一判断矩阵是针对不同方案优选影响因素对优选方案的重要性比重，就不同方案优选影响因素对最终选定的优选方案的重要性建立；
42.第二判断矩阵是针对每一方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的重要性比重，分别就每一方案优选影响因素对全部类型顶板卸压方案的重要性建立；
43.具体而言，第一判断矩阵用于表征不同的方案优选影响因素对选定最优方案的重要性比重；第二判断矩阵用于表征不同的顶板卸压方案对每一类型的方案优选影响因素的重要性比重；所述重要性比重通过专家打分法获得。
44.专家打分法是指通过匿名方式征询有关专家的意见，对专家意见进行统计、处理、分析和归纳，客观地综合多数专家经验与主观判断，对大量难以采用技术方法进行定量分析的因素做出合理估算，经过多轮意见征询、反馈和调整后，对债权价值和价值可实现程度进行分析的方法。
45.在构建第一判断矩阵和第二判断矩阵后，通过专家打分法进一步确定各矩阵中计算元素的实际数值，得到完整的判断矩阵。
46.在得到完整判断矩阵后，计算各矩阵的特征向量，特征值及一致性检验指标，首先对一致性检验指标进行判断，在一致性指标趋近于0的情况下，进一步再计算特征向量和特征值。
47.一致性检验包括一致性指标ci、随机一致性指标ri和一致性比率cr的检验。
48.其中，第一判断矩阵构建完成后，计算第一判断矩阵的特征向量和特征值，并进行一致性检验，若一致性检验通过，确定第一判断矩阵的权向量。
49.其中，基于第一判断矩阵和第二判断矩阵计算得到的权向量，计算不同顶板卸压方案的重要度，基于重要度的比较确定最优的顶板卸压方案。
50.其中，如果一致性检验未通过，则重新构建判断矩阵，并再次进行一次性检验。
51.在求得第一判断矩阵和各第二判断矩阵的特征向量和特征值后，计算待选择的各顶板卸压方案的重要度，通过重要度判定最佳的顶板卸压方案。
52.实例的，以以下的实际案例来说明本发明的方案：
53.本发明以某煤矿6105工作面两顺槽内处理上覆煤层房柱式老空区顶板为例，备选的顶板卸压方案有两个，分别为定向水力压裂手段和爆破手段。在方案抉择时，相关的方案优选影响因素包括切顶卸压效果、工程量、爆破可能会带来的负面影响、地方发展水力压裂技术的政策导向四种。
54.在构建顶板卸压方案优选模型时，上述备选顶板卸压方案和方案优选影响因素即为输入层的数据。模型的逻辑如图1所示。构建计算层的第一判断矩阵时，是四种方案优选影响因素对最佳顶板卸压方案的重要性比重，设定为矩阵a-b。a代表总目标，b代表四种方案优选影响因素，b1为切顶卸压效果，b2为工程量，b3为负面效应，b4为政策导向，则矩阵a-b如表1所示：
55.ab1b2b3b4b11312b21/311/21/2b31211b41/2211
56.表1判断矩阵a-b
57.表1表示不同因素对顶板卸压技术方案确定的重要性进行两两比较，判断矩阵中元素a
ij
的取值不同(取值范围在1-9之间)，不同的两种因素的重要性比重不同，因素i相比于因素j的计算元素a
ij
和因素j相比于因素i的计算元素a
ji
互为倒数。矩阵中计算元素的确定通过专家打分法确定。
58.则进一步，每一方案优选影响因素对两种备选顶板卸压方案的重要性比重如表2-表5所示：
59.b1c1c2c111/2c221
60.表2判断矩阵b1-c
61.b2c1c2c112c21/21
62.表3判断矩阵b2-c
63.b3c1c2c113c21/31
64.表4判断矩阵b3-c
65.b4c1c2
c112c21/21
66.表5判断矩阵b4-c
67.得到各矩阵后，计算各判断矩阵的特征向量、特征值及一致性检验指标。
68.采用求和法，归一化处理后，求得：
69.判断矩阵a-b的特征向量w0＝[0.365 0.124 0.278 0.233]
t
；特征值λ0＝4.046：一致性指标ci0＝(λ
0-n)/(n-1)＝0.0153，n＝4时，ri为0.89，cr0＝ci0/ri＝0.0172《0.1，说明一致性可接受。
[0070]
判断矩阵b1-c的特征向量w1＝[0.333 0.667]
t
；特征值λ1＝2：一致性指标ci1＝0，cr1＝0，说明一致性可接受。
[0071]
判断矩阵b2-c的特征向量w2＝[0.667 0.333]
t
；特征值λ2＝2：一致性指标ci2＝0，cr2＝0，说明一致性可接受。
[0072]
判断矩阵b3-c的特征向量w3＝[0.750 0.250]
t
；特征值λ3＝2：一致性指标ci3＝0，cr3＝0，说明一致性可接受。
[0073]
判断矩阵b4-c的特征向量w4＝[0.667 0.333]
t
；特征值λ4＝2：一致性指标ci4＝0，cr4＝0，说明一致性可接受。
[0074]
水力压裂技术方案c1的重要度(权重)＝0.365*0.333+0.124*0.667+0.278*0.750+0.233*0.667＝0.568
[0075]
爆破卸压技术方案c2的重要度(权重)＝0.365*0.667+0.124*0.333+0.278*0.250+0.233*0.333＝0.432
[0076]
依据各方案综合重要程度的大小，对各方案进行排序，层次总排序如表6所示：
[0077][0078]
表6层次总排序
[0079]
由表6可以看出，水力压裂技术方案较爆破切顶技术方案权重更高。因此，6105工作面两顺槽内处理上覆4煤房柱式老空区顶板采用水力压裂技术手段。
[0080]
为了实现上述实施例，本发明还提出一种对不同顶板卸压方案进行优选的装置，如图2所示，包括：
[0081]
顶板卸压方案优选模型300，将待选定的不同类型顶板卸压方案，及根据现场条件确定的方案优选影响因素输入所述顶板卸压方案优选模型，所述顶板卸压方案优选模型输出结果即为不同顶板卸压方案的优选结果；其中，
[0082]
顶板卸压方案优选模型300包括：
[0083]
输入层310，用于接收所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素；
[0084]
计算层320，用于构建判断矩阵，将所述待优选的不同顶板卸压方案和方案优选影响因素作为所述判断矩阵中的计算元素，基于所述判断矩阵，计算每一方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响权重，确定不同方案优选影响因素对不同顶板卸压方案的影响；
[0085]
输出层330，用于确定最优的同顶板卸压方案并输出。
[0086]
为了实现上述实施例，本发明还提出另一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如本发明实施例所述的顶板卸压方案优选。
[0087]
为了实现上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例所述的顶板卸压方案优选。
[0088]
如图3所示，非临时性计算机可读存储介质包括指令的存储器810，接口830，所述指令可由对不同顶板卸压方案进行优选的装置处理器820执行以完成所述方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
[0089]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0090]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0091]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0092]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电
连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0093]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0094]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0095]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0096]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。