改进模糊层次分析法在尾矿库扬尘影响因素中的应用*

杨玲玲

(福建船政交通职业学院安全技术与环境工程系 福州 350007)

0 引言

在矿山生产过程中，尾矿库是必不可少的组成部分。尾矿库的表面形态各异，容易受自然环境的影响，尤其是在长期的风吹日晒后，表面会出现结壳以及不同程度的龟裂现象。如果尾矿库的使用超出服务年限，或者企业未对其进行有效的安全管理，在风的扰动下，尾砂颗粒会被扬起并扩散一定的距离，形成扬尘。尾矿库扬尘问题不仅会对生态系统造成严重的破坏、导致工程灾害的产生，更会对人类的安全构成巨大的威胁。

近年来，随着社会对环保问题的重视，国内众多专家学者对尾矿库渗透水影响地下水系的关注较多[1]，对尾矿库扬尘的研究较少。孙建华[2]研究了影响尾矿库扬尘污染的主要因素，对大气环境、植被、水土等进行分析测试；孙秀红等[3]研究了阜新铁矿尾矿库对生态造成的破坏和扬尘污染的因素，提出相应措施；黄燕[4]分析了扬尘对空气环境的影响，确定金属尾矿库起尘量及大气防护距离的计算方法，并提出防止粉尘污染治理措施；李荣海等[5]分析了尾矿库扬尘的产生与尾砂粒径极细、坝体高度增加、干滩长度过长有关，提出治理尾矿库扬尘生产管理措施与重点地段扬尘治理措施；刘琛[6]总结了尾矿库扬尘污染影响因素，利用FLUENT软件模拟尾矿库污染并进行污染监测网优化设计。

通过总结学者的研究成果可以看出，尾矿库扬尘受到很多因素的影响，这些影响因素往往都无法直接量化[7]。鉴于此，本文采用改进的模糊层次分析法，将尾矿库扬尘的影响因素条理化、层次化，通过计算各影响因素权重，得出每个影响因素的权重大小排序，对解决矿区扬尘问题有很大的帮助。

1 尾矿库扬尘影响因素分析

通过收集、查阅相关文献资料，并对某尾矿库的周边环境进行实地调研，可分别从人—机—环3个方面对扬尘的影响因素进行分析，在此基础上建立目标层：尾矿库扬尘影响因素(F)，将尾矿库周边的环境、尾矿库各项性能、尾砂的基本性质、管理4个因素定为准则层(S)，把大气环境、地形地貌、海拔与经纬度、植被情况、尾矿库类型、有效库容、实际堆存坝高、干滩面源参数、尾砂的理化性质、含水率、重金属污染、尾矿尘污染、安全监管、重视程度、技术水平、治理措施16个因素定为指标层(X)，构建了尾矿库扬尘影响因素指标体系，如图1所示。

图1 尾矿库扬尘影响因素指标体系

2 改进的模糊层次分析法

2.1 方法介绍

结合尾矿库扬尘实际情况，采用改进的FAHP法，该方法采用的是三标度法，对两两因素的重要度赋值。传统层次分析法的9标度，容易使标度人员产生疲劳，而且专家的主观因素强，评判结果往往带有片面性[6]。

2.2 建立优先判断矩阵

(1)

式中，C(i)和C(j)分别为指标fi和fj的相对重要性程度[6]。

按照式(1)，建立优先判断矩阵。目标层与准则层的判断矩阵为

准则层与指标层的判断矩阵为

2.3 转化为模糊一致矩阵

将优先关系矩阵F=(fij)m×m变换为模糊一致性判断矩阵Q=(qij)m×m[6]。

(2)

(3)

按上式对上述优先判断矩阵进行模糊一致性矩阵转化，得到各个模糊一致性矩阵为[6]

2.4 单层次排序

各因素排序向量即为因素权重，求解模糊一致矩阵每行不含对角因素的和li，指标i相对于上层目标的重要程度[6]。

(4)

(5)

对li进行归一化处理，得到指标权重向量。

(6)

w(0)=(w1,w2,…,wn)T

(7)

采用上述式(4)～式(7)和行归一法得到模糊一致矩阵中各指标权重。

目标层(F)对各准则层(S)的权重为

wS=(S1,S2,S3,S4)T=(0.208 3,0.125 1,0.333 3,0.333 3)T。

准则层(S)对各指标层(X)的权重分别为

wX1=(X11,X12,X13,X14)T=(0.333 3,0.208 3,0.166 7,0.291 7)T；

wX2=(X21,X22,X23,X24)T=(0.208 3,0.125 0,0.291 7,0.375 0)T；

wX3=(X31,X32,X33,X34)T=(0.375 0,0.208 3,0.125 0,0.291 7)T；

wX4=(X41,X42,X43,X44)T=(0.125 0,0.208 3,0.375 0,0.291 7)T。

2.5 各指标权重排序

计算得出各指标层的权重后，再求出目标层相对指标层的权重向量

w=(X11,X12,X13,X14,X21,X22,X23,X24,X31,X32,X33,X34,X41,X42,X43,X44)T=(0.069 4,0.043 4,0.034 7,0.060 8,0.026 1,0.015 6,0.036 5,0.046 9,0.125 0,0.069 4,0.041 7,0.097 2,0.041 7,0.069 4,0.125 0,0.097 2)T。

从上述指标层综合权重计算结果，可以得出第三层指标层指标的重要度排序结果为

X31=X43>X34=X44>X11=X32=X42>X14>X24>X12>X33=X41>X23>X13>X21>X22。

权重排名靠前的是：尾砂理化性质和技术水平、尾砂尘污染和治理措施、大气环境、含水率、重视程度、植被情况和干滩面源参数。因此，尾矿库扬尘特征因子是理化性质、技术水平与治理措施、大气环境和含水率、重视程度、干滩面源参数。

计算得出的特征因子对抑尘措施的实施有很大指导作用，说明有效抑制尾砂粉尘与矿山领导的重视程度有很大关系，此外，良好的技术水平与治理措施是治理扬尘问题的最重要方法。在探讨研究抑尘措施时不得忽略尾砂本身的理化性质与大气环境，也不能简单照搬以往经验，必须与尾矿库的实际情况相结合。

3 扬尘治理措施

3.1 管理措施

管理因素是尾矿扬尘的人为因素，科学合理的管理能有效地避免扬尘问题的产生，主要包括尾矿库在线监测设施监管维护、是否按要求闭库、是否按要求复垦以及安全警示标志的监管等。

(1)尾矿库设施安全监管与维护

尾矿库设施包括在线监测系统、运行设备及各类安全标识。尾矿库在线监测对尾矿库的安全环保至关重要，其中干滩监测等更是与扬尘的发生密切相关，视频监测也能让工作人员时时了解尾矿库扬尘状况，防范事故的发生。

尾矿库在运行过程中需要设立各种安全警示标志，在尾矿库停止使用时仍要注意标志的维护与监管。对于一些扬尘污染严重的场所，设立明显的警示或提示性标语，能够降低其对人们的危害。并配备专门的尾矿库办公人员进行日常的监管和维护，以保证周围居民的生命财产安全。

(2)管理人员对尾矿库重视程度

受矿业经济持续低迷的影响，许多矿山难以承担尾矿库高昂的治理费用，特别是一些矿山长期停产，尾矿库停止使用，未对其做任何抑尘处理；一些企业在安全环保方面重视不够，管理欠缺，同时由于管理人员对尾矿库的危险源认识不够，隐患治理不及时，往往是问题发生后才意识到治理的重要性，严重影响尾矿库日常运行和维护，导致扬尘事故发生,对周边居民和环境造成严重的后果。

3.2 技术措施

为提升尾矿库的安全环保，必须花费很大的精力用于提升技术水平，引进先进的安全环保技术与工艺。只有依靠科技创新与进步，提高尾矿库本质安全才能从根本上抑制扬尘的发生。正在使用的尾矿库，应科学控制干滩面积；对停用和废弃的尾矿库，应按要求进行闭库治理，但经科学论证仍具备一定应用价值与建设新项目需要再次启用的尾矿库除外。此外，对于一些尾砂仍存在利用价值但目前由于技术水平限制等不宜立刻开发的尾矿库，也应当对其闭库处理。尾矿库闭库后，必须严格依照相关国家标准履行复垦义务。科学的治理尾矿库的措施能有效地防止扬尘的发生，特别是经过有效复垦的尾矿库，能够极大程度地解决扬尘环境污染[8]。

3.3 干滩喷淋

采用洒水增加尾矿砂的含水率，洒水法是指将水喷洒在尾矿库干滩表面，使其湿润，或在尾矿库四周靠近坝顶区域铺设输水管网，喷水以形成水帘，隔绝尾砂与污染区域[5，9]。其作用机理是通过洒水使尾砂湿润，能够提高密度，增大含水率，并使颗粒间的粘结作用增大，团聚在一起形成大粒径颗粒。通过以上步骤，最终使得尾砂的启动风速值增大，不易发生扬尘，从而达到抑尘的目的。

4 结论

(1)通过收集、查阅并整理相关文献研究成果，结合某尾矿库的基本资料并对其周边环境进行调查，总结归纳了4类16项尾矿库扬尘主要影响因素，构建了尾矿库扬尘影响因素指标体系。

(2)结合尾矿库扬尘实际情况，提出了一种基于3标度互补判断及隶属度函数的改进模糊层次分析法，确定了各影响因素的权重，得出尾矿库扬尘特征因子。结果表明，改进的模糊层次分析法能客观准确地排列尾矿库扬尘影响因素，指导企业落实对尾矿库进行有效的管理，提升监管部门的监管能力。

(3)根据权重计算结果，相关企业能更有针对性地明确尾矿库扬尘防范关键控制点，防止扬尘危害的发生。利用该方法能有效降低个人的主观片面性，让尾矿库扬尘影响因子更加科学。在下一步的研究工作中，还应继续完善尾矿库扬尘风险评价指标体系，需要更多的数据来验证，权重分配问题也待更深入的校验探究。