基于IAHP- 靶心贴近度法的充填管道可靠性评估

孙 鹏

（广东省冶金建筑设计研究院，广东广州 510080）

随着矿产资源开采深部化，越来越多矿山选择充填采矿法或者嗣后充填采矿法进行矿石回采。将尾砂回填至采矿区，能够充分回采矿石资源，合理有效控制地压，实现安全开采和提高矿山企业经济效益。充填采矿法需要建立一套完整、可靠的充填系统，其中，管道输送系统是整个充填系统的关键环节，当发生失效情况时，会导致矿山企业停工停产，降低企业经济效益。目前，在充填管道可靠性评估方面，众多专家和学者开展了大量的研究工作，取得了一系列的成果，丰富了充填管道可靠性评估理论[1～3]。

由于充填管道可靠性具有随机性，并且影响因素之间不相容性，为评估工作带来不便。靶心贴近度法是有效解决指标之间不相容问题的综合评判方法，具有结果可靠、计算简便的优势，在风险评估方面得到了广泛应用[4～5]。鉴于此，本文将靶心贴近度法引用到充填管道可靠性评估中，并采用改进层次法确定指标权重，以期取得满意的评价结果，为充填管道可靠性评估提供新的理论方法。

1 IAHP-靶心贴近度模型

1.1 指标主观权重的计算

传统的层次分析法是以九标度理论为基础，建立指标之间的比较矩阵，需要多次进行判断矩阵的调整，才能满足对一致性的要求而获得较为理想的权重。在权重计算过程中，主观评价者对事物认识的局限性可能会影响指标的客观性，导致最终评价结果不理想。特别是在指标之间不相容时，评估结果可能会出现较大的差错。鉴于此，本文引入三标度理论对传统层次分析加以改进，具体计算过程如下[6]。

1.1.1 建立比较矩阵

基于三标度理论构建比较矩阵A：

式中，aij表示如下：

1.1.2 建立最优传递矩阵

最优传递矩阵R 为：

式中：din=exp（rin）。

1.1.3 主观权值计算基于乘积方根法计算指标权重，计算公式如下[6]：

式中，w=[w1，w2，L，wn]T为指标权值。

1.2 靶心贴近度法

靶心贴近度法通过构建各指标区间关联函数，基于各评价对象关于各指标区间关联函数差距值确定综合贴近度，通过综合贴近度的大小，实现对各评价对象优劣性评估的理论模型。

1.2.1 区间关联函数

根据文献[5]，区间关联函数为：

式中：zmn为指标参数值；d 代表了指标等级个数，如本文将充填管道可靠性划分为4 个等级，则d＝4；hnd、hn0分别为指标各等级区间的最大值和最小值，其中hnl-hnl-1为相邻的分级区间的差值；Ymnl为第m个评价对象第n 个评价指标关于第l 个分级的区间关联函数值。

1.2.2 靶心贴近度

通过比较各区间关联函数值，以最大值作为靶心坐标，组成靶心坐标集Ymn，则靶心贴近度计算公式为：

式中：Uml为贴近度；w 为指标权重，由改进层次分析法来确定。

根据最大隶属度准则，比较综合贴近度，以贴近度大小作为等级划分依据。

2 充填管道可靠性综合评估指标体系

在参考了相关文献[7－8]和咨询专家的基础上，以料浆特性(X1)、管道特性(X2)、充填技术(X3)为准则层，以充填料浆骨料体积分数(X11)、充填料浆密度(X12)、平均粒径(X13)、骨料形状(X14)、充填料浆腐蚀性(X15)、充填管道内径(X21)、充填管道偏斜率(X22)、充填管道粗糙度(X23)、充填倍线(X31)、输送流速与临界流速之比(X32)为指标层，构建充填管道可靠性综合评估指标体系。将充填管道可靠性划分为4 个等级，即一般风险等级(Ⅰ级)、较大风险等级(Ⅱ级)、重大风险等级(Ⅲ级)、特大风险等级(Ⅳ级)。具体的指标等级划分标准见表1。

3 模型的应用

为验证本文所建立的基于IAHP-靶心贴近度综合评价模型的适用性，以湖南某矿山充填系统为研究对象，进行充填管道可靠性风险评估。其中,该矿山充填管道指标取值见表2。

3.1 指标权重

根据式(1），得到准则层比较矩阵为：

根据式（2）～式（4），先计算准则层的权重值，然后计算指标层权重值，其中准则层指标计算结果为：w=[0.581 0.259 0.160]。指标层指标计算结果为：w=[0.145 0.075 0.297 0.022 0.087 0.073 0.099 0.099 0.061]。

3.2 充填管道失效风险评估过程

根据式(5)，可以得到各单指标区间函数，根据区间函数值，取最大值作为靶心坐标，计算结果见表3。根据表3，结合各指标权重，可以得到各等级下的靶心贴近度。为验证某矿山充填所建立基于IAHP-靶心贴近度法的充填管道可靠性综合评价模型的准确性，与云模型和未确知测度理论的评价结果进行对比，结果见表4。

表1 充填管道可靠性指标等级划分标准

表2 充填管道各指标取值

表3 靶心坐标计算结果

表4 模型评估计算结果

根据贴近度的计算结果，基于最大隶属度原则，该矿充填管道可靠性等级为Ⅰ级，这与现场的调查结论一致。该矿充填系统自投入使用以来，暂未发生堵管、跑浆等失效现象，充填管道可靠性较高。

通过与云模型和未确知测度理论的计算结果对比发现，本文所建立的综合评价模型计算结果与其他两种计算结果完全一致，表明本文所建立的基于IAHP-靶心贴近度的综合评估模型在充填管道可靠性评估中具有适用性，进一步丰富了充填管道可靠性评估理论方法。

4 结论

1)为克服传统层次分析法在确定指标权重因受主观因素影响出现指标权重计算不客观的弊端，基于三标度理论加以改进，权重计算更加客观合理，能够保证评价结果的可靠性。

2) 靶心贴近度法能够有效处理指标不相容、指标不确定性的问题，引入靶心贴近度法应用到某矿的充填管道可靠性评估中，通过与其他模型计算结果对比发现，基于靶心贴近度法的评价结果与现场结论一致，表明该模型具有适用性。

3) 靶心贴近度法计算过程相对简便、结果可靠，为充填管道可靠性评估工作提供了一条新思路，可以进一步推广至其他风险评估中。