基于模糊数学在采矿方法中的优化.pdf

第 卷第 期 年 月 矿冶 文章编号 基于模糊数学在采矿方法中的优化 何宇翔杨 溢张志华曹俊阳 昆明理工大学昆明 摘要决策采矿方法选择的因素很多传统的经验类比法具有较大的主观随意性不确定性 模糊 数学优选法综合考虑了影响采矿方法的定量与定性指标 如定量因素指标有矿块的生产能力矿石损 失率和贫化率等定性因素指标如作业安全性工艺复杂情况等 通过构建了指标隶属度矩阵和权重矩 阵然后应用模糊数学矩阵最优化决策原理进行综合评判根据隶属度最大原则确定出方案的优先顺 序从而得到最优方案 文中的某矿优选结果说明用模糊数学优选出的采矿方案具有较强的实用性 实现了安全高效的目的所以证明模糊数学是可靠的 关键词模糊数学隶属度权重矩阵模糊综合评判采矿方法 中图分类号 文献标志码 收稿日期 作者简介何宇翔硕士研究生专业为矿业工程 在各类矿床的地下开采中由于影响采矿方法 选择的因素很多主要因素有经济采场地压技术 等方面 以前的选择采矿方法多以传统的经验类比 法为主具有较大的主观随意性特别是存在多种合 适的采矿方法时只能按同类指标单一地进行评估其 优劣程度很难以从定量的角度分析和验证各指标 对采矿方法产生的综合影响 模糊数学优选的方法是将矿山开采过程中的定 性与定量各指标因素能够转化为数学计算的一种形 式同时结合国内外各矿山的技术指标并对各方案 的评价指标进行量化分析并对矿山的采矿方法进 行优化选择 模糊数学理论 模糊数学自 年由美国著名学者提出以来 一直在各个方面都有广泛的运用与应用模糊数学 是研究和处理在现实世界中许多不分明的界限甚至 是很模糊问题的一种工具 在进行对矿山采矿方法优选时依据模糊数学运 算规则计算求出各采矿方法定量和定性指标的相 对隶属度模糊矩阵然后根据多位不同的专家确定 其他采矿方法所占权重的指标进而计算得出其最 优选结果 模糊数学优化模型的建立 概念的介绍 设 为全体的 个设计指标因素组成的集合 为集合中的指标因素 设 个指标因素的权重并用权向量表示 为全体设计方案组成的集合 为 上的模糊比较得出的最优子集则       方案 为相比较得出的最优方案取海明距 离时的方案优属度 构建优选方案评价指标因素系统 影响采矿方案优选的因素有很多本文在优选 过程中选取了九个评价指标因素 九个评价指标因 素中采矿工效矿块生产能力损失率贫化率采切 比工艺复杂通风状况为技术性指标采矿成本则 为经济性指标作业安全则为安全性指标 将这三 大指标构建为优选方案评价指标的系统 这些评价 指标因素有的是定量的有的是定性的 定量和定 性的指标计算方式也大不相同 定量因素隶属度矩阵计算 如矿块生产能力贫化率损失率等这些定量的 评价指标性因素的单位各有差异所以毫无可比性 为了能够使这些指标能够有可比性必须构造隶属度 矩阵这一概念 一般来说定量指标性因素采用线性 隶属度函数来确定 线性隶属度函数矩阵是指 利用 个采矿方法方案的 个指标性因素得到的特 征向量函数矩阵             式中 定量指标包括正指标和负指标对于正指标值 越大越好如采场能力等对于负指标值越小越好 如矿石贫化率和矿石损失率 正指标公式为 进行规格化 负指标公式为 进行规格化 得隶属矩阵             式中 定性指标因素隶属度计算 非定量定性指标利用二元比较主要排序来 确定 二元比较主要排序是设有非定量因素目标集 利用二元比较法对各因素进 行重要性比较并进行相应排序目标集中的相对 与 作二元比较若 比 重要则就令排序标度 若 与 同样重要则就令 若 比 重要则就令 就可以得到此矩阵             将矩阵 按重要排序则得到 根据矩阵 重要性排序得到的按行排序 对照 相对隶属度关系表见表 就可以得出非定量 定性评价指标因素的隶属度 表 语气算子与定量排序相对隶属度关系 语气算子定量标度相对隶属度 同样 稍稍 略微 较为 明显 显著 十分 非常 极其 极端 无可比拟 矿冶 评价指标的权重计算 权重就是按照矿山技术条件不同针对指标赋 予不同的值指标值在整个评价中的相对重要程度 并用方根法计算权重请有关专家按赋值见表 得赋值矩阵 表 定性指标赋值图 重要程度 比 同等重要 比 稍微重要 比 比较重要 比 很重要 比 极重要 当 时令 步骤如下 其中 槡 对向量作归一化处理得权重向量 其中 模糊综合决策 将权重向量 与模糊隶属度矩阵 利用 可得最后评判向量 根据最后评判向量 的大小选择出最优的方案 工程实例 某矿山控矿条件主要是在燕山晚期偏碱性粗粒 黑云母花岗岩体的凹部与受深断层影响而残留的 老地层中的灰岩小捕体接触并形成强烈的大理岩 化矽卡岩化在矽卡岩化期及石英硫化物期带来的 矿液沿花岗岩体及矽卡岩体接触处及烈隙上升交 代矽卡岩而成矿 区内矿体均产于花岗岩体内矽卡 岩中呈透镜状分布 号矿体呈透镜状长轴走 向东西向长 斜深 宽 倾角近 直立矿体围岩为矽卡岩界线较明显 号矿体 呈透镜状长轴走向东西长 斜深 宽 倾向南倾角 左右围岩为矽卡岩界 线较明显 根据现场实际调查本次设计开采的矿 体是号矿体 经过现场勘察号矿体厚度在 左右斜深约 矿体长度约 倾向为正 东方向倾角约 矿区地表允许崩落 采矿方法初选 已知该矿山属于缓倾斜矿体适用于缓倾斜矿 体的采矿方法有留矿全面法房柱法壁式充填法等 等该矿山地表允许崩落选择的壁式充填法方案 三 就不适用因为充填法要求地表不允许崩落 房柱法方案二开采时矿房矿柱交互布置连续开 采时一般不回采矿柱造成损失较大也不太适用 根据矿山的开采技术条件最可能的选择的采矿方 法为留矿全面法方案一 求各方案定量指标因素隶属度矩阵 此文中矿块生产能力采矿工效损失率贫化 率采切比采矿成本作为定量指标因素非定量 定性 指标为作业安全性通风状况和工艺复杂 性 综合国内外矿山数据见表 通过正指标和 负指标收益和消耗公式计算运用公式规格 化得出矩阵 表 各方案定量指标值 生产能力 采矿 工效 损失率 贫化率 采切比 采矿成本 元 作业 安全性 通风 状况 工艺 复杂性 方案一 较好好较易 方案二 较好很好较易 方案三 好差较难 定性指标隶属度矩阵 根据各采矿方法作业安全性进行分析得特征 向量矩阵为 根据公式和表 何宇翔等基于模糊数学在采矿方法中的优化 得出作业安全性隶属度矩阵为         同理得出通风状况的 隶属度矩阵为         同理得出工艺复杂的 隶属度矩阵为 模糊矩阵 将定量定性矩阵结合起来得                             全矩阵的确定 对上述 个因素对矿山影响的权重请专家按 表 赋值根据 槡 得出 规格化得 模糊综合评判结果 将上文中的权重向量 与模糊隶属度矩阵 相乘得出最终结果为 由此得出初选出的 种采矿方案 中最适合的采矿方法为留矿全面法方案一 结论 利用模糊数学优选分析了九个评价指标因素 通过线性隶属度函数和二元比较主要排序法求出定 量和定性的评价指标因素的隶属度矩阵通过专家 赋值明确了因素指标的权重并通过隶属度矩阵与 各指标权重相乘根据最后结果选出留矿全面法 方案一 为最优方案 优选出来的采矿方法在矿 山实际生产过程中得到了成功的应用同时也为其 他的矿山提供了借鉴的意义 通过本文矿山的采矿 方法优选证明了模糊数学在采矿方案优选中是可 靠的实用的有价值的但是如何更科学地分配影 响各因素之间的关系还要进一步提高采矿方法的 科学性 参考文献 刘栋钟永明煤炭安全评价问题 煤炭技术 孙猛吴宗之张宏元煤炭重大危险源辨识评价若干 问题的研究与讨论 中国安 全 科 学 学报 韩峰盛建龙模糊数学在各采矿方法选择中的应用 有色金属矿山部分 张春雷徐水太多目标决策模糊综合评判优选采矿 方案 化工矿物与加工 王新民赵彬张钦礼基于层次分析和模糊数学的采 矿方法选择 中南大学学报自然科学版 矿冶