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灰色系统局势决策法在硐室爆破参数优化中的应用研究

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第 3 卷 第l 期 

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工程爆破 
E NGI NEE NG  L T NG  RI B AS I

Vo 3 l ,No 1   Ma l 19      97

l997年 3月       

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“\ \ 一    

灰色系统局势决策法在硐室爆破 

参数优化中的应用研究 
龙 源 林吓平 ’刘 强 

了 2  j   弓 一,

( 中国人民解放军工程兵工程学院,南京 200) 107 
一  要 ^摘
本文对灰色系统局势决策法在硐室爆破参数优化中的应用进行了撵讨.由于硐 

室律破参数的选取在很太程 度上是基于工程 实践 中总结 出的经骚公式 、由设计者根据工   程要求砖定的、故对所确定的方案是否能得 到满意的教果 和最经济成奉还不能确认 .针  对这种爆破参数系统信息不完全、关系不明确、 无法根据经验得出满意结 的情况,本文  果 提出了一种对爆破参数选取进行灰色系统局势决策 的方法。建 立 了相 应的灰 色关联 空   间 程序模型和 目   标函数、优化 出符台工程要求和尽 可曲降低爆破成本的较满意的设计  方案.  

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p rp e n    e   e o   b u  a me i S et n o  a b rbat g V  mpo igGr   e r e t a nw m t d a o t r tc e c o  fc m e l i . ' e ly   e s s h pa r  . i J h sn m n y

D ci   k g o  ru (D es n Ma i   f o p G MG ,b cv  nt n,  ̄ga m dl n  r  d tn l i o n G )oj tef cos p r ei u i m  o e ad g yrao a   e i  
s a  ̄a stu Al ,p vd d S l ep r mer  au s terltd cmp trp o r m  进 l d p o   c  p. s r ie  O ̄   a o o a t c vl e. h  e e  o ue  rg i a a w i   n t  n o t lsh me h s  au s aet es mea  h s e  o i h   ODM  a e  o a   pi   c e .T ee v le  r h  a   s t0 e l t n te M ma d p pr

K Y W OR   C a e  l   g E   DS h mbrba n   s

P r tco t zt n aa r  pi a o   me i mi l

G DM G 

引 言   
在硐室爆破工程方案设计 中,爆破参数的选用直接影响爆破效果  如何根据工程的要  求,用科学方法快速选取合理的参数,从而确定 出满意的设计方案,是一个十分重要的问  
题。  
龙 源:地爆教研 室副教授, 硕士 

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2  







破 

进行爆破工程方案设计时,设计者需要考虑 的因素多且复杂,各因素问及各因素与爆破  参数之间存在着较为复杂或不明确的关系 由于 目前的爆破理论还不完善和缺少工程实践数   
据 ,对这些 关系还无法 给出定量 分析 ,存 在 一定 的经验 性和不 确定性 ,如爆破 参数 的选取具 

有不唯一性,往往认为在某一范围内均符合要求.因此无法得到既满足工程要求又降低爆破  成本的最佳结果 本文把灰色系统理论引人硐室爆破的方案设计 ,旨在利用灰色系统理论解   

决系统信息不完全、信息之间关系不明确的功能,建立灰色系统局势决策方法   的数学  、
模型,利用爆破各 目 标之间的数量关系,确立效果预测判据,科学地找出多方案中的最满意  参数组合  该方法在计算机上实现了编程  在输入实际工程数据的情况下,优化出与该工程  的工程要求极相近的数值,同时该方法与爆破参数优化的多 目标模糊决策法。 应用程 序 相    比较,对于同样的参数输入,优化出的数据相同,说明该方法具有一定的可行性。  

2 数学模型及应用  
2  初始参数及其集台  . 1 对硐室爆破设计方案的评价,主要是依据工程的爆破效果,包括爆破抛掷率、抛距、平 
均块度、爆破安全以及其它一些因素决定。而影响这些因素的基本参数是最小抵抗线 w 、爆 
破作用指 数 ”  。

为了建立集合和目标函数,本文绐出最小抵抗线 w和爆破作用指数 n的两个集合 ‘     大量的资料表明,对于硐室爆破,w的取值范围一 般在 1 0~4 o之间。令 w =1 ,   0 取  m 步长为2 则 w的集合为: m,  
={ 00 20 40 1. ,1. .,… , 3. 00  ,1 8 ,4.} 0 合 为:   Ⅳ={ , .  ,1 , . .,1 ,1 ,1   1 11 2 . 1 ,1 . . . 0 ,l 3 4 5 6 7 8} () 2  () 1  

对于抛掷爆破,H 的取值范围一般在 1 ~1 之间,令 H=1 , . . 0 8 。 . 取步长 为 O , H的集 0 .则 1  

2   目标函数和约束条件的选取  . 2 对爆破效果的评价主要考察其是否满足工程要求和爆破成本要求  工程要求主要包括安  全距离 R 、抛距 L 、抛掷率 、爆破震动速度 口 和平均块度 K等方面要求;爆破成本主要应  考虑材料消耗量和工程施工量,为分析问题方便,此处 以装药量 Q来反映  根据上述 6 个  因素,建立相应的 目 标函数和约束条件:  
() 目标 函数  1 ① 爆 破飞 石安全距离 ( :R=2k   R) 0s H () 3  

式中:w是最小抵抗线;H 是爆破作 用指数;k 是安全系数,通常取 1 ~1 ,     . 当风大且顺风  O 5
时,取 1 . 5~2   0 ② 抛 距 () L:   L=5 n   0w () 4  

③ 平均块 度 ( “: K=007   K)     . w。 4

() 5  

④ 抛掷率 ( ) E:   ⑤ 装药量( ) O:   ()约束条件  2

E 2(+ . )0 1a 0 )   = 6 0 7 (02 + . % n 8 . 4 O=   k 4 On + .  6

(  6 ) (  7 )

式中:a 是地面坡度( 本文取 日 3) = 0。   式中:k 是单位耗药量系数;e 是铵油炸药换算系数。  

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3  

安全震动速度:  

=kQ R      / ) (

式中:口 是安全震动速度;k是系数;Q是一次 齐爆最大药量;R是防护物离装药中心的距  .
离 ; 是震动 衰减指数 。    

2   硐室爆破参数灰色系统局势决策法数学模型的建立  . 3
23l 决 策模 型局 势的构造  _   

对于硐室爆破的灰色系统的局势决策,事件 可认为是爆破土石抛掷,汜为  对于该事  件0 我们可用不 同的对策 b 即选取不同的最小抵抗线 w 和爆破作用指数 。如上所述选取    , W和 ,有 1 ×9 4 个 不 同 的对 策 b=(    ( ,2…,l; =l   6 =14 k w.n f ) =1 6 』 ,2… 9 =1 , ;k ,   2 ,14 。则 b … 4)  就形成一个对策拓扑。局势是事件和对策二元 组合,是事件和对策 的   D a 直积,记为: = 五  其中:置 为事件,即爆破土石抛掷; 为不同的对策。 馏i n       这 
- f   l  

样,就组成 14 4 个局势 S = 爆破土石抛掷 d对策 b ,从而构成了一个局势拓扑。 k( ,   )   2 . 样本灰靶白化值序列和效果测度矩阵的构造  .2 3  对于 目标 p 每 一局 势有 1 p目标 下的 局势效果样 本,记为 “ , 个  :即存在 映射 M:   一 “ 对于上述 5 目   个 标就构成了样本灰靶白化值序列: = “ “ “ “ “ 。同理,   (             对策对付事件存在一个效果测度,记为 r n即存在映射 Ⅳ s 一 对于第 P 目标,其效 果 : ,  、   个   为, 本文所述的问题属于单事件、多 目标,这样就构成效果测度矩阵:    
I  

川  



r   比

rI   L 斟
】 * 

R  

I  

( R、L 、K、E 、Q分  为上 述的 5个 目标) Ⅱ  

r 口科  

-  

川  

2 . 效果测度 的计算  .3 3 

通常情况 下,不同的爆破工程对 上述 5个 目标效果 的要求 可 能 不 同。 对 安 全 距离、    
块度、抛 掷率 、抛距 的要求 可能是 适 中的,即越 靠近工程要 求的数值就 越好 。但 对装药 量的   

要求则是越小越好,越小成本越低。因此,在本优化中,对安全距离,块度,抛掷率、抛距    求适中效果测度;而对装药量则求下限效果测度  其计算公式为:  
对安全距离 、块度 、抛掷率 、抛距 :   赭   (0  1)

式中:“是各 目标指定的适中值,即工程要求的数值 :P   分别代表 R 、L 、E  、K 。 对装药量:   =   …)  

式 中: l“ 是所 有装 药量效 果样本 中的最 小者 。 mi   l   2 . 综合效 果测度 的计 算 与最 佳局势 的确定  .4 3 

要对各局势的综合效果进行评价须计算综合效果测度, 方法是采用均值法或加权平均法。   由于本文所讨论的决策中是对于单事件  多目标的决策,则:  
若采用 均值 法 ,可按下式 计算 :  

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破 

:  十 十 十 + )  (         / 5 若采用加权平均法.其计算式为:  
d: l  十   曲十 
5  

i , ,‘,14 =1 2 一 4 
5  

(2 1)  

十 

十蕊  

f ,, =1 2 …,14 4 

(3 1)  

其中: > ,   O  
I   一】

=1 为各因素的权值,可通过专家确定或通过实践数据回归算得。  

从上面的求综合效果测度可知.对于每一个局势就必有 1 个综合效果测度,则 14 4 个局  势对应有 14 4 个综合效果测度。对这 1 个综合效果测度求最大测度 d 4 4 :  

d m x, d … d 。 = a{I 2 , a   / , ,  

() 1  4

此时,判断 d所对应的最小抵抗线和爆破作用指数是否满足爆破震 动约束条 件的要求, 即:   若 v , ) 口0 是要求的最大震动速度值 ) 则 d对应的局势为最满意局势,即最满意的最小  ( n< 。 。 w , 抵抗线 w和爆破作用指数 n 的数值组合 ;否则,重新调 整爆破作用指数和最小抵抗 线进行  再次优化,直到满足约束条件。  

3 模型流程和计算数值结果及偏差的分析   
3 模型流程  . 1 本模型的优化设计流程如图所示。   3   计算数值结果及偏差的分析  . 2 为了验证该数学模型在工程  实践中应用的正确性,我们采用   均值法计算综合效果测度,并以   某实际工程的一组数据代人模型  
进行 验证  工程 的要求是 :安全  距 离 R:60 抛 距 L:l0 块  3m, 1m, 度 x:8m, 掷 率  =0 0 输  c 抛 .  4 入 4个效果 适中值 (3。l0 8 60 1, ,  

00 . ), 取 单 位 用 药 系 数 为  4 k 2 , 计 算 输 出 的 结 果 是  :.则 5
R= 6 6 、L: 10n 1m 1i 、K =71 c   .7m、

优化 设计流程 
Op ̄ m t n ds  t ̄ he  tn i   E n l s et o o

E .7 =03、Q=2.  口 . m#. 6 t =07 s 2 5  

相对应 的最小抵抗线 w= 2 m 2.   0 爆破作用指数 n . 满足 了约  =1 , 0

束条件  而工程最后确定的最小抵抗线为 2m 爆破作用指数为 1 。这个结果也与多 目标  3, . 0

模糊决策法参数优化的结果完全吻合 从上面的计算数值和工程确定数值看,它们的值已极  相近。说 明硐室爆破参数优化的灰色系统局势决策法 的数学模型是可行 的。  
从计算的结果看,计算结果与实际工程效果相 比还存在一定 的偏差。分析其产生 的原  因,主要有四个方面:① 由于硐室爆破较缺乏实践数据,因此 目标 函数只是经验公式,与  

实际相比有一定的偏差;② 模型对影响爆破的因素考虑还不够周全,在优化 中做了近似处 
理;③ 该工程最后选用的参数是根据实践经验确定的,不一定是最满意的方案:④ 模型是   在系统缺少数据的情况下进行分析的,基于多中选优的思路,还存在某些欠缺。  

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源等:灰色系统局势决策法在硐室爆破参数优化中的应用研 究  

?5  





论 

()从 上面 的分析及编程 优化设 计计算 的结果看 ,把灰 色系 统 的局 势 决策 法 引入 硐 室  1

爆破参数初优化过程具有明显的现实意义。   ()利用爆破工作者长期积累的经验公式和基于大量实际数据分析总结 出的 目标函数  2 之间的数量关系,使数学模型与实际硐室爆破工程的方案确定紧密相关。   ()利用硐室爆破参数选取具有不 唯一和不确定的特性 ,引入灰色理论 的局势决策  3 法,解决实际工程中的一些不确定问题,有利于提高对这类现象判断的准确性  可以肯定,灰色理论模型在硐室爆破参数初优化过程 中的引入,符合工程要求 的需要 ,   它将会大大地促进参数选取的准确性和快速性。  

参 考 文 献  
邓聚龙 . 灰色系统理论教程 . 武汉 :华 中理工大学出版社, 1 9   邓聚龙 . 灰色预测与决 策. 武汉 :华 中 工大学 出版社 ,1 6 理 9. 8  林吓平,龙源等 . 目标模糊决 策珐在硐室爆破参数忧化 中的应用研究 .工程爆破 ,1 6 ) 1 ~加  多 9 , :6 9  A n  璐     su .现场测试岩石爆破破碎特 性的新 方 法 . 二届 爆 破 破岩 国际 会 议论文集  ge 缸LN h  R 第 武汉:长江科学院, 1 9  
( 日 :19一 6 0) 收稿 期 96 o— 3  

( 接第 8   上 页)

式得装药量:Q= 5. 26 靼,取 Q= 5 ̄ 2o。   采用 电雷 管起爆, 实行排 问微差起爆 形式  起 爆后 飞 石 达 10 0m。 在爆 堆处 发 现, 钢筋  普遍变形较大,部分被炸断和掀起,爆块细碎,爆堆松散,便于人工快速清理和切割钢筋,   大大提高了工效,取得了较好的经济效益。  

4 结

论 

()确定爆破拆除钢筋混凝 土的炮孔装药量除考虑钢筋和混凝土的性质、强度和配筋  1 情况外,还要考虑布孔参数的影响,其具体计算可以采用将钢筋混凝土复合介质转化为混凝 
土单 一介 质的 方法 进行处理 。  

()在安全环境条件下对钢筋混凝土介质实施加强抛掷爆破拆除时,可大大减少清碴  2 时间,提高工效,取得较好的经济效益。   参 考 文 献 

1 陈汉亮 .   钢筋混凝土爆 破拆除 中炸药单耗的分析. 爆破, 1 7( : 7 & 9 ,4 2 ~2  8 ) 2 何广沂等 . 拆除爆破新技术. 北京:中国铁道出版社, 1   9 璐.

3 戴俊.   拆除控制爆破炮孔装药量的确定. 爆破,1 , ) 2 ~n  科 ( :5 2
( 日期:l — 9 0) 收精 呻6 0 — 3  


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