爆破总结

爆破总结

影响爆破效果因素的灰色关联分析

采矿2010

朱晓林

爆破总结

影响爆破效果因素的灰色关联分析

爆破效果应该包括：爆破后岩石块度的组成；爆堆的松散性、堆积形态；根底及硬墙状况；爆破有害效应及技术经济效益。矿岩爆破效果优劣直接影响着采矿作业过程中的铲装、运输及初碎等后续工序的工作效率，进而影响着矿山生产总成本，是爆破工程师和矿山业主非常关注的问题。

根据矿山的实际情况，选择岩体力学性质、炸药性能参数、爆破孔网参数

做为相关因素变量；以爆破效果的评价指标——-Yl平均块度、Y2大块率、Y3前冲、Y4后冲、Y5隆起高度做为系统特征变量，通过灰关联分析得出：(1)所选择的6组爆破试验中，炸药单耗的灰色绝对关联度最大，是影响矿岩爆破效果的最主要影响因素。对爆破效果进行优化时，首先应该考虑调整炸药单耗；(2)爆热对爆破效果的影响大于爆速对爆破效果的影响，在选择炸药种类时，应该优先选择爆热较大的炸药；(3)岩石抗拉强度对爆破效果的影响大于岩石抗强度对爆破效果的影响，可见矿岩爆破作用过程中，矿岩以拉伸破坏为主；(4)灰关联分析方法分析岩体爆破质量影响因素之间的主次关系时，在不同地区，采用不同的爆破参数时，它们的主次关系也会发生相对的变化。因此，对于不同地区，不同爆破条件下，应该根据岩体爆破的具体实际情况采集样本数据，对影响爆破质量的因素进行分析预测或优化爆破参数以达到预期目的。

1.灰色系统理论

1．1灰色系统理论简介

灰色系统理论是1982年由我国华中科技大学邓聚龙教授创立的一门新兴

学科，英文表达为Grey System Theory，缩写为GST或GS。灰色系统理论的研究任务主要是对一些本征性灰色系统进行分析、建模、预测、决策、评估、规划、控制等。它的研究内容是由研究对象和研究目的所决定的，其中包括对研究对象的了解、对研究任务的分析、对发展目标的制定等，它们确定了灰色系统研究的问题域。而且，灰色系统研究的各个方面都是相互联系、相互影响的，它们交织在一起，构成纵横交错的不确定的信息网络。如爆破的过程问题，爆破效果受很多因素的影响，而且这些影响因素又相互联系、相互影响，共同影响爆破效果的优劣。而且，作为灰色系统研究对象的不确定因素和未知因素，同时具有少数据、

小样本、经验缺乏等特点。“灰”的基本意思是“信息不完全和不确定”。但从不同角度、不同场合来讲，我们还可以把“灰”的概念加以引申(见表4．1)。 1.2灰色系统理论的基本原则

灰色系统分析方法和传统系统分析方法的基本原则相似，例如：整体性、优化和模型化⋯。整体性原则就是系统分析的依据和出发点，优化原则则是系统分析的根本目的，而对于模型化原则来说，是作为优化的一个必要途径和基本手段。但是灰色系统分析在具有上述原则的基础上，还具备自身的几种特点和方法论则：

(1)信息的非完整性原则。在人们的认识过程中，任何一个客观事物在人脑中的反应，都是以信息的形式来表达的。客观事物的变化是没有穷尽的，但是人们获得的信息是非常有限的和不完全的。灰色系统理论在信息的非完整性原则的基础上，得出了一套新的概念和方法，这些新的概念有灰元、灰数、灰关系等，新方法有灰色系统、灰色决策、灰色预测等。

(2)非唯一性原则。对于一个在信息上不完全的系统，尤其是属于本征性的

灰系统，在一般情况下，想要用严格的数学方法来求出精确的唯一解，基本上

是不可能的。灰色系统分析方法的这种原则就是指因为这类系统的在行为模式

上具有非唯一性，所以在描述系统的行为和系统的未来发展时，也要求它是非

唯一的。非唯一性原则在很大程度上增强了系统的可量化性、可比性、可选择

性和可优化性。灰色系统理论具有多学科的综合性，它隶属于软科学的范畴，

所以它的数学基础和系统方法也是非唯一性的。故灰思想是一种开集思想，强

调的是一种非唯一性、可集合性和可构造性。这种思想在同一层次构造和多层

次构造上都可以发展。非唯一性原则是灰色系统方法的一个十分重要的方法论

原则。

(3)现实信息优先原则。人们在运用其理论和方法，对预测、规划、分析、

决策、评估系统的时候，最突出的特点就是不太苛求其样本的数量以及分布特

征，也不盲目地去追求大样本量以及典型的分布。它只需要合理地加工和处理

已掌握的一些信息，就能科学地描述系统的动态过程和做出比较正确的预测。

这是由于在样本选取方面，灰色系统理论一直遵循着和其它一般的统计方法在

性质上完全不同的原则，一般的统计方法在进行抽样调查的时候是根据随机自

性的原则，来从中获取大量的样本的。但是灰色系统方法在对信息不完全系统

进行研究的时候，遵循现实信息优先的原则，也就是在处理历史信息和现实信

息的关系上，对历史数据不做强烈要求，而只是特别注重现实信息。

1.3灰色系统理论的基本内容

灰色系统理论的基本内容有：

(1)灰生成

灰生成即灰色系统的数据处理和信息加工。相对于一般数据处理，具有在

保持原有序列形式的前提下改变序列中数据的值与性质(极性)的特点。其作

用和意义为：统一序列的目标性质(极性)，为灰决策提供基础；将摆动序列转

换为单调增长序列，以利于灰建模；揭示潜藏在累加生成AGO序列中的递增

态势，变不可比序列为可比序列。

(2)灰关联分析(GRA)

灰关联分析就是指人们为了了解少灰色系统的边界、分析其因子的主次关

系、识别模式、优选方案等建立少数据、不确定有限数列的模型来分析系统问

题。具有：少数据(每个序列可以少到3个数据)、不必考虑数据的分布、计算

简便等特点。

(3)灰建模

灰建模的初衷是对数列建立近似的微分方程模型。由于微分方程只适合连

续可微函数，而数列非连续，更谈不上可微性，为此，灰色系统理论以差异信

息原理、灰因果律平射为手段，剖析一般微分方程以了解其构成条件。那些近

似地、拟意地满足这些条件的序列所建立的近似微分方程模型，就是灰建模

(GM)。灰建模并不是真正的微分方程，但它兼有部分微分与部分差分的性质。

(4)灰控制

灰预测控制建立在新陈代谢的序列构造、GM(I，1)灰模型与灰因果律等原理

上。灰色控制过程是数据不断采集、模型不断建立、模型参数不断更新的过程，

其控制机理是用模型更新来适应环境变化，从而达到所需的控制精度。．

(5)灰预测

灰预测有如下几种类型：其一是序列预测，其二是灾变预测，其三是季节

灾变预测，其四是拓扑预测，其五是系统预测。这五种预测都以GM(I，1)灰模

型为基础的，其主要的目的是为决策者提供一些预测性数据。

(6)灰评估

灰评估主要是指灰系统与灰聚类。二者都是适合评估多目标问题的方法，

多目标问题评估的特点是问题有多个彼此冲突的指标。

(7)灰数学

灰数学主要包括：灰流行，控制流行；灰朦胧集；控制映射；认知模式。

2灰色关联分析

2．1灰色关联分析的基本概念

灰色关联分析是对系统之间或者系统里的各个因素之间作出定量地比较或

是描述其在发展的过程中，随时间的变化而变化的情况，也就是对时间序列曲

线的几何形状来进行分析，依据其在变化的大小、方向和速度等方面的接近程

度来对彼此的关联性大小进行衡量。如果在变化的态势上，两个比较的序列基

本上保持一致或者是相似，那么它的同步变化的程度就比较高，也就可以把两

者之间的关联程度看作较大；反过来，就可以说明两者之间的关联程度比较小。

关联度就是这种运用其在度量的系统之间或者因素之间随时问变化的关联性大

小的尺度。只有在弄清楚系统中的关联程度的基础上，对系统的认识才会透彻，

才会真正地分清楚什么是制约的因素，什么是主导的因素，以及孰优孰劣。

2．2灰色关联分析的数学原理

灰色关联度分析从根本上来说，就是比较和分析多种曲线之间的几何形状。

换句话来说，灰色关联度的大小取决于几何形状的接近程度和发展态势的接近

程度。

如要求给出的m个函数对某一个固定函数的远近的量度问题，为了计算这

个量度，首先应该要给出函数上对应的点到一个固定点的远近量度。并且，在

计算函数远近的量度问题时，人们自然最容易想到的办法就是直接计算函数上

对应点到固定点的距离，以此来作为函数之间远近的量度。但是这个方法缺乏整体性而且具有对称性。因为这样没有反映出函数上对应点到固定点在确定函数之间的距离中的重要性，而且函数上对应点到固定点之间的距离量度和固定点到函数上对应点之间的距离量度是相同的。然而，不论在灰色关联的分析中，还是在人们常用的系统分析中，以上两点都是缺点。这是出于人们首先是要对一种情况进行考察，这种情况是系统中的各个因素相对于某一个特定的因素在影响过程中的重要程度，这样，才能抓住影响系统的主要矛盾，主要特征，主要关系，从而为分析研究提供必要的基础。这就好像在灰色关联分析中，我们要分清楚它们的主次关系和优劣关系一武汉理工大学硕士学位论文样，它必须要有总体性；再者，在同一个系统中，A和B之间的重要性，在前者对后者和后者对前者上是不一样的，所以，对于对称性的量度来说，它并不适用于灰色关联分析。故直接用距离来度量在灰色关联分析中是行不通的，而是采用点．集拓扑，以领域为特征，将距离空间与点一集拓扑相结合得到灰色关联空间，并在灰色关联空间的基础上，提出了灰色关联系数和灰色关联度等新的概念和方法。

2．3灰色关联分析的基本特征

通过以上对灰色关联分析的基本概念和其数学原理的介绍，可以总结出如

下几种灰色关联分析理论的特征：

(1)总体性

灰色关联分析的重要内容包括：对于一个系统中包含的众多因素，他们对

系统主行为的作用的不用，分为很多种，有主要的、次要的；有发展的，、限制

的；有相互影响较大的、较小的；以及潜在的抑或是明显的等等。从它所包括

的重要内容可以看出，虽然关联度是对某些离散的函数之间的远近程度的描述，

但是它只是在强调N个离散函数相对与某一个的远近程度，换句话说，就是把

各个子序列对于同一个母序列的关联度大小来进行比较，最终排出关联序，我

们称之为总体性。灰色关联分析之所以具有重要的理论意义和非常广泛的实用

价值，就是因为它突破了在一般的传统分析中经常用到的把两两因素相比较的

条条框框，把各个因素统一起来放在系统中进行分析和比较。

(2)非对称性

它的非对称性可以这样理解：客观世界里，各个因素之间的关系并不单一，

它们是错综复杂的。即使在同一个系统里，对于因素A来说，因素B和它关系

最为密切；但是对于素B来说，因素A就不一定和它最为密切’，它有可能跟除1

了因素B以外的任何一个或者几个因素最密切，换言之，因素A对因素B的关

联度根本就不等于因素B对因素A的关联度。’

(3)非唯一性

关联度和母序列、子序列、原始数据的处理方法、数据多少、分辨系数这

些因子有关，这些因子的不同，直接或间接地影响了关联度的不同。

(4)有序性

时间序列(也称离散形式的系统状态变量)，它是灰色关联分析研究的主要

武汉理工大学硕十学位论文

对象。和其他相关的分析不同，它里面如果数据发生交换，或者时序发生颠倒，

那么原来序列的性质也就相应的发生改变，这就是其所谓的有序性。

(5)动态性

灰色关联分析的动态性是指系统在发展，各个因素之间的关联关系也就会

随之发生变化，随着序列的长度变化，因素间的关联度也会不断地变化。如果

比较序列的关联程度随着这种变化而增强，那么就说明他们之间的关联度较大；

如果比较序列的关联程度随着这种变化而减弱，那么也就说明他们之间的关联

度较小。

通过以上对各个特性的分析和总结，可以得出，灰色关联分析这种系统分析方法特别的实用，有效和客观。

3.爆破效果影响因素的灰色关联分析

影响岩体爆破效果的因素有很多，其中包括：岩体结构及其力学性质、炸

药性能参数、炮孔参数以及装药参数等。这些影响岩体爆破效果的各个因素，

共同作用影响岩体爆破效果。然而，由于岩体爆破受各种客观条件的限制，

以及对爆破岩体理论分析以及现场试验的目的不同，将所有影响因素都反映出

来不太可能也没有这个必要。

在研究岩体爆破过程及爆破效果时，因为岩体爆破破碎的物理过程至今还

没有完全弄清楚，并且在岩体爆破前，影响爆破效果的各因素岩体结构及其力

学性质、炸药性能参数、炮孔参数以及装药参数等虽然属于已知的范畴，但是

因节理等结构弱面的存在，使得岩体结构及其力学性质随结构弱面在爆区内的

分布产生很大的变化，而且无法量化，这正好符合灰色系统分析中恢”的基本

含义和研究内容。因此，我们可以通过灰色系统来研究岩体爆破厂应用灰色系

统理论建立岩体爆破模型，用灰关联分析方法研究影响岩体爆破效果的各因素

间的主次关系以及对几种爆破方案进行优选。

3．1岩体爆破灰关联分析相关变量选取．

根据岩体爆破中对爆破效果起评价作用和控制作用的差异，我们将岩体爆

破中的所有参量分为两类：一是评价岩体爆破效果优劣的指标量，如：岩体爆破

块度分布函数中的块度均匀性指数、特征块度尺寸和最大块度尺寸以及大块率、

平均块度尺寸等指标；二是对爆破效果起控制作用的影响因素参量，如岩体强度及岩体波阻抗、节理裂隙间距和迹长、炮孔密集系数、抵抗线、孔径以及孔

排距、炸药单耗、炸药波阻抗、堵塞长度、微差时间等参量。

在应用灰关联系统理论对岩体爆破进行分析时，我们把反映爆破效果优劣

的评价指标量定义为系统特征变量，用Yi(i=l，2，⋯， s)来表示，s表示指标

量个数：相应地，我们把各种爆破效果影响因素量定义为相关因素变量，用

Xj(j=I，2，⋯，m)来表示，m表示因素量数。

如果通过n次试验结果来对影响岩体爆破效果的主要因素进行研究分析，

那么，每一个系统特征变量以及相关因素变量在11次爆破试验中所测得的数据

(样本值)就形成了相应的系统特征变量数据序列和相关因素变量数据序列.

用灰色系统理论的灰关联分析方法可以有效地分析岩体爆破效果影响因素

之间的主次关系，对于同一爆区，已形成固定爆破参数的矿山岩体爆破系统分

析其影响爆破效果的主要因素，有很大的实际意义：通过灰关联分析对爆破效

果影响最重要的因素，对其进行调整，从而更快捷的达到改善爆破效果的目的。

灰关联分析爆破效果的缺点在于：对于不同地区，不同爆破条件下，灰关

联分析的结果对其他工程没有多大的参考价值，应该根据岩体爆破的具体实际

情况采集样本数据，对影响爆破效果的因素进行分析预测或优化爆破参数以达

到预期目的。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/0980fa9bbceb19e8b8f6ba71.html