张一飞

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

随着经济的发展，对矿产资源的需求越来越高，开始对矿山进行大量开采，矿区开采带动周边经济的发展。矿区复垦也是矿区开采的重要部分，是矿区开采完成后的最后一个阶段。对矿区进行不合理的开采会导致矿区环境的恶化，破坏地表植被，对地下水资源造成污染，甚至引发自然灾害，为了维护矿区生态资源可持续发展，所以对矿山实施复垦，对矿区生态环境保护具有重要作用。矿区开采方式有两种，分别为地下开采和露天开采，不同的开采方式对矿区环境也会造成不同的影响，其影响的方面也会不同。在矿山复垦中，需要针对矿山的地形地质特征进行分析，采取有效的复垦方案。在矿区开采过程中，植被会被严重破坏，强对矿区的复垦和保护工作，加强对于植被的恢复，有效地改善了矿区的生态环境，防治水土流失。

1 矿山复垦工程地质分区的稳定性评价

1.1 提取矿山复垦工程地质特征

在进行矿区复垦工作中，首先要对矿山复垦工程地质特征进行分析，根据地质环境的不同制定复垦计划。还要分析矿山的地理位置、气候情况、水文特征以及地貌地形，对它们进行全面的分析，利用有利条件进行有效复垦计划。在矿山开采过程中，矿区土地损毁是重要的一个特征，分别包括两个特征，一个是沉陷区土地损毁特征，另一个是压占区土地损毁特征。沉陷区损毁地质中损毁类型较多，造成水土流失严重，地质结构可能发生改变对渗透环境造成严重破坏[1]。沉陷区损毁地质具有很强的隐蔽性，沉陷区损毁地质大多发生在地下，在表面地质结构中一般很难看出来，可能表面的一条小裂缝，可能在地下就是很宽的裂缝，所以有较强的的隐蔽性。沉陷区损毁地质还具有分散性，并不是集中分布的，由于地质结构的不同，造成的影响程度也会不同。压占区土地损毁对土地和空气污染都很严重，由于矿山资源开采过程中出现很多粉尘，在风力的作用下，会对空气造成严重污染，甚至矿产资源中的有些元素进入大气层，与雨水相结合，对土壤、水资源造成二次污染，在复垦工作中要考虑到资源中金属元素带来的危害，有效避免在复垦中对环境造成二次污染，合理利用地质条件进行复垦[2]。压占地区土地的破坏分布相对集中，承载力较大，因此在矿区复垦工程的稳定性确定时，要有具体的认识，以矿山边坡稳定性研究为重点，展开对矿区边坡稳定性研究。

1.2 建立粗糙集理论模型

我们对矿区复垦工程地质分区的稳定性评价中需要建立粗糙集理论模型，粗造集理论模型是对模糊和不确定性的事物给出一个满意的结果。在矿区复垦中，很多地下地质特征都是有很多不确定的，创建粗糙集理论模型可以有效解决这一问题。粗造集理论模型就是对论域、知识和等价类的全部体现[3]。粗造集理论模型的建立是对权重系数的确定，避免人们计算权重系数的迷茫性。我们在矿区复垦中将边坡稳定性的各个因素为条件属性，条件集合为：

把稳定性的等级作为决策属性，则决策属性集合为：

把个边坡组成的知识库作为论域，即样本集合为：

通过计算决策属性B对条件属性A的依赖程度 ，可以判断指标集合对待评边坡稳定性等级B的依赖程度：

对每个评判指标An，计算决策属性B对条件属性ya−an的依赖度：

通过上述公式可以计算出来第n种评判指标的权系数为：

利用上述公式可以得到一个可靠性较高的结果，给矿区复垦工作提供前提保障，加快复垦工作的进程，上述模型可以给人更直观的感受，有效进行稳定性评价。

1.3 基于属性约简算法判断稳定性

属性约简算法是在遗传算法基础上进行实施，它是启发式遗传算法的基础，需要设置特定的初始群体或者随机产生的群体，从设置的群体出发，按照特定的程序去操作，进行不断地迭代计算，最终达到最优结果，或者最优范围。输入一个决策表M，在决策表中决策属性集合与条件属性可以进行合并，但是两个集合相互交叉时得到的是空集，并且决策属性集不为空集，最终输出决策表的最小相对约简[4]。确定一个编码方式，根据初始群体计算适应度值，如果计算出来的适度值满足就停止计算，如果没有满足就继续运算。按照规定的选择策略，从初始种群中选择下一代种群，进行交叉、变异操作，最后得到最可靠的适度值，从而确定矿山复垦工程地质分区的稳定性[5]。在进行边坡稳定性评价中，把需要评价的边坡提取出来，通过收集到的数据进行分析，最终分析的结果用物元表示，即得到评价物元。

2 实验验证

2.1 实验准备

我们在对矿山复垦工程地质分区的稳定性评价中，选取对边坡稳定性研究，我们发现计算边坡稳定性模型有很多，制定一个最可靠的评价方法，设置6个矿山边坡作为测试样本，对6个边坡进行量化处理，得到边坡样本原始数据，如表1所示。

表1 边坡样本原始数据

表中A1表示边坡角，A2表示岩石单轴抗压强度，A3表示坡面与主要结构面关系，A4表示岩石完整性，A5表示人为因素。在进行样本选定后，需要确定支持向量机中的函数与其中的参数，来寻找决策函数，设置支持向量机模型以及参数，如表2所示。

表2 支持向量机模型及参数

表中D表示模型的惩罚参数，惩戒的参数量越大对于数据进行拟合精确性影响程度就会更高，f是表示模型的分类精度重要影响程度。

2.2 稳定性测试

从确定的样本中，测试各个因素对边坡稳定性的影响，确定一个影响因素时，把其他因素确定为一个准确的量。从测得边坡角度不同，对边坡产生影响如图1所示。

图1 边坡角度与稳定性等级关系图

把边坡角的范围设置在0到90的范围，边坡稳定性角度增加量为1。测试岩石单轴抗压强度对边坡稳定性影响情况如图2所示。

图2 岩石单轴抗压强度与边坡稳定性等级关系图

图中把岩石单轴抗压强度设置0到150的范围，边坡稳定性角度增加量为1。测试坡面与岩层产状关系和边坡稳定情况，进行评价，如图3所示。

图3 坡面与岩层状关系图

图中把坡面与岩层状关系的值设置在0到3范围之内，进行稳定性评价。测试岩体完整性与边坡稳定的关系，进行评价如图4所示。

图4 岩体完整性指数与边坡稳定关系图

将边坡稳定性大致划分为6个等级，把岩体完整性指数考虑在0到3范围之内，经过实验验证处于第二等级和第三等级之间时，岩石的完整性较好，矿山复垦区处于安全范围，超过第三等级进入第四等级时，边坡稳定性变差。人为因素对边坡稳定性影响进行评价，如图5所示。

图5 人为因素与边坡稳定性关系图

把人为因素的范围考虑在0到3之间，边坡稳定性角度增加量为1。对影响因素的进一步检验，可以确定出可靠性较高的模型。有利于进行矿山复垦工程地质分区的稳定性评价。当人为因素在1到2之间时，复垦区边坡最为稳定，人为因素超过2时，边坡稳定性最差。

3 结语

当今社会的发展越来越离不开矿产资源，矿区开采带来的生态环境污染，也制约着我们经济的可持续发展，加强矿山复垦工作，改善矿区生态环境，确保复垦工程地质分区的稳定性。本文通过构建模型，利用约减算法判断稳定性，本文没有涉及到复垦措施，没有根据稳定性动力分析，提出复垦措施，希望在下次研究中，给出相应的复垦措施。