基于模糊数学的硅石矿矿体采矿方法优选应用.pdf

57 【技术方法】 基于模糊数学的硅石矿矿体采矿方法优选应用 杨建桥，饶钦焕 云南国土资源职业学院，云南 昆明 652501 【摘 要】以某硅石矿体为开采对象，对其采矿方法进行选择，通过确定其主要影响因素指标，采用模糊数学中的层次 分析法和模糊综合评判的理论，通过科学合理的运算，确定了最佳的采矿方法。 【关键词】模糊数学；层次分析法；采矿方法；智能化矿山 【中图分类号】TD853.3 【文献标识码】A 【文章编号】1007-9386202003-0057-03 The Optimal Application of the Mining of Silica Ore Body Based on Fuzzy Mathematics YANG Jian-qiao, RAO Qin-huan Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming 652501, China Abstract This paper takes a silica orebody as the mining object, selects the mining , determines the main influencing factors, adopts the analytic hierarchy process and the theory of fuzzy comprehensive uation in fuzzy mathematics, and determines the best mining through scientific and reasonable calculation. Key words fuzzy mathematics; analytic hierarchy process; mining ; intelligent mine 2020 年第 3 期 中国非金属矿工业导刊 总第 141 期 【基金项目】云南国土资源职业学院教师科研基金项目 编号 2017YJ01。 矿山生产技术的发展大致历经了人工采掘阶段、 机械化阶段、数字化阶段和智能化阶段。目前我国 正在实施的是数字化阶段，特别是矿山“六大系统” 中的数字化建设，DIMINE、3DMine 等国内外数字 采矿软件系统平台被国内各大矿山企业运用于生产， 取得了较好的生产效益。将来，智能化会是下一步 矿业发展的趋势，其中对于决策问题的运算是智能 化系统中一个需要解决的问题，其主导思想是尽量 减少人为主观因素对决策的影响。对采矿方法进行 选择，属于智能化中的决策问题，本文提出了一种 可行的数学模型，力求解决该决策线路问题。 在目前的矿山采矿方法选择过程中，具体选取 何种采矿方法，主要依据开采矿体或矿床的不同的 采矿方法的技术经济指标进行选择。该选择过程主 要依靠的是人的思考，通常采用两两比较的方法简 单快捷地得出结论。如果影响选择的因素越多，也 就是采矿方法的技术经济指标考虑得越复杂，那么 人为选择的过程将会变得更加困难， 难以得出结论。 影响选择的因素中主要存在定性和定量两类指 标，如果只进行其中一类指标的比较，如定性指标 中的“好中差”之间的比较，或定量指标中的具体 参数或数字之间大小的比较，那么是比较容易得出 比较结果的。如果在选择的因素中存在定性和定量 指标都需要进行比较，那么会存在“好中差”和参 数或数字的比较，这样的比较显然是无法判别的。 这里，引入模糊数学对上述问题进行研究，通 过模糊集的确定，可以把定性和定量指标放在一个 集合内，然后通过二元比较法，得出判断矩阵，最 终得到结果 [1]。 1 开采技术条件 硅石矿 KT1 矿体赋存于元古界高黎贡山群下 亚群 Ptgl1 地层中，呈似层状、脉状产出，产状 与围岩产状基本一致。矿体总体走向 44，倾向 314 ～ 320，倾角 61 ～ 67，平均倾角 64。单 工程矿体真厚度 1.8 ～ 6.5m，平均厚度 5.1m，厚 度变化系数 85.63，属厚度稳定型矿体，矿体平均 SiO2含量 98.03 。矿区矿体上下盘围岩均为高黎 贡山群下亚群 Ptgl1 变质岩，岩性主要为花岗质混 合岩，混合质黑云变粒岩，黑云二长变粒岩，黑云 角闪变粒岩以及角闪岩、糜棱岩等，矿体与围岩的 界线较为清楚。围岩的岩石节理裂隙较发育，岩体 完整性、稳固性中等。已建成的探矿坑道，一般不 易发生工程地质问题，坑道施工多不需要支护，局部 软弱夹层会出现崩塌、冒顶、片帮现象，需加强支护。 58 2 主要影响因素指标选择 在金属、非金属矿采矿方法选择过程中，具体 决定采用何种采矿方法，需要考虑备选的采矿方法 的技术经济指标 [2]。本次选择的指标主要包括矿 块生产能力、贫化率、损失率、采切比、采矿成本、 工艺复杂程度、安全性等级共 7 个指标。其中矿块 生产能力、贫化率、损失率、采切比、采矿成本、 工艺复杂程度 6 个指标可以估算矿山中长期产生的 经济效益，安全性为人为的主观经验判断，可对矿 山的生产安全有预先的评价。以上 7 个因素的选择 符合矿山企业社会、经济效益最大化，避免发生安 全生产事故的目标，通过以上因素的对比选择的采 矿方法是可行和可靠的。 依据矿体特征和赋存状态，对其开采条件进行 分析， 初步筛选出浅孔留矿采矿法、 分层崩落采矿法、 削壁充填法三种适合矿体的开采方法 [2]，各种采矿 方法技术经济指标见表 1。 表 1 采矿方法技术经济指标 采矿方法 矿块生产 贫化 损失 采切比 采矿 工艺复 安全性 能力/t/d 率/ 率/ /m/kt 成本 杂程度 等级 浅孔留矿 120 12 85 15 中 中等 高 采矿法 分层崩落 160 20 95 10 低 复杂 中 采矿法 削壁 90 10 95 12 高 复杂 中 充填法 层次分析法 简称 AHP[3]是美国运筹学家撤汀 T．L Saaty 等人提出的对复杂问题作出决策的一 种简明有效的方法。层次分析法可以把定性分析与 定量分析相结合进行决策。其主要通过对影响因素 的两两比较确定影响因素的重要性，从而得出相对 于目标的权重。 3.1 模糊判断矩阵建立 根据层次分析法，采用 1 ～ 9 标度法 [4]，构造 判断矩阵对同一层次的各因数 B1，B2，B3，， Bn关于上一层某因的重要性进行两两比较得到 aij， 最终得到判断矩阵 ，其中取值如表 2。 最终组成的判断矩阵称为正互反矩阵，并满足 aij1，aij1/aij，i，j1，2，，n。 表 2 采矿方法技术经济指标 Bi比 Bj aij 相同 1 稍强 3 强 5 很强 7 绝对强 9 稍弱 1/3 弱 1/5 很弱 1/7 绝对弱 1/9 3 层次分析法确定权重 设层次分析系统中的目标 X 为影响因素的集合 X{a1，a2，a3，a4，，an}，ai为影响因素，在 本次案例中 n 为 7，表示影响因素总数为 7 个，其 中 4 个为定量因数，3 个为定性因素。定量因数 Q1 集合包括 Q1{ 矿块生产能力 a1，贫化率 a2，损失率 a3，采切比 a4}；定性因数 Q2 集合包括 Q2{ 采矿 成本 a5，工艺复杂程度 a6，安全性 a7} 图 1。 最佳采矿方法 P 技术经济指标 C1安全指标 C2 矿 块 生 产 生 力 a1 贫 化 率 a2 损 失 率 a3 采 切 比 a4 采 矿 成 本 a5 工 艺 复 杂 程 度 a6 安 全 性 a7 图 1 影响因素体系层次结构 3.2 判断矩阵权重的确定 采用根法，将判断矩阵 A 的每一行元素求积， 然后开 n 次方，即 ωi n Πaij， i 1，2，，n。 或者采用和法， 先将判断矩阵的每一列归一化， 得到矩阵 bbijnn，然后将 B 的行求和，即 ωi ∑bij， i 1，2，，n。 3.3 组合一致性检验 判断矩阵是否可建立的标准是判断矩阵是否有 满意的一致性，如果判断矩阵存在如下关系，则称 判断矩阵具有完全一致性。 1 . 0 1 max 分层崩落采矿法 削壁充 填法，最佳方案为浅孔留矿采矿法。在矿山实际生 产中，矿山 95 以上的矿块回采采用了浅孔留矿采矿 法，回采的实际效果也较为满意，取得了很好的效果。 基于实践结果，表明以模糊数学的评判矩阵方 法理论为基础，建立评判模型进行采矿方案选择的 方法是可行的。 6 结论与讨论 1 分析采矿方法选择影响因素，确定七个主要 影响因素指标。采用层次分析法，建立七个影响因 素组成的指标体系，计算出指标的权重，并通过了 判断矩阵一致性检验。 2 运用模糊数学理论分别建立定量因素和定性 因素隶属度矩阵，并组成了综合隶属度矩阵。根据 综合隶属度矩阵和权重计算得到综合评判向量，得 出最佳方案为浅孔留矿采矿法。 目前， 我国模糊数学相关理论研究已较为深入， 特别是在计算机和人工智能方向的应用已经较为广 泛，对于工程领域的决策问题，已经有相关的应用 实例，但是由于该方法分析过程较为复杂，并未大 规模的应用。本论文着重于思路的清晰和简明，在 选择过程中采用模糊数学方法，减少人为主观选择 因素的影响，进行了采矿方案的优选，使得结果科学、 合理、可信。同时，模糊数学也为矿山企业的智能 化建设提供了思路和方法， 下一步结合计算机技术， 实现人机交互，将会使得该方法的使用更为简便、 快捷。 【参考文献】 [1] 杨爱军 . 基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择 [J]. 山西化 工 ,2016,161181-83. [2]王运敏.现代采矿手册中册[M].北京冶金工业出版社,2012. [3] 谢季坚 , 刘承平 . 模糊数学方法及其应用 [M]. 武汉 华中科 技大学出版社 ,2006. [4] 程光华 . 模糊数学在山后矿区采矿方法优选中的应用 [J]. 有色 金属 矿山部分 ,2013,65520-23. [5] 覃敏 . 某矿 8 矿体采矿方法的优化选择 [J]. 湖南有色金 属 ,2012,2846-9. 【收稿日期】2020-04-30 0.75 1 0.56 0.60 1 0.50 0.89 1 1 R 1 0.67 0.80 。 0.538 1 0.333 1 0.538 0.538 1 0.538 0.538 4 隶属度矩阵确定 定量因素隶属度矩阵 120 160 90 R 1-4 12 20 10 ， 85 95 95 15 10 12 对特征向量矩阵进行归一化0.75 1 0.56 R 1-4 0.60 1 0.50 。 0.89 1 1 1 0.67 0.80 定性因素中，首先对采矿成本因素求解隶属度 矩阵，对 3 个方案中的采矿成本做二元比较得到矩 阵，并对该矩阵进行优越性排序一致性标度检验， 通过检验后得特征向量矩阵 [3] 排序 0.5 0 1 [2] e5 1 0.5 1 [1]， 0 0 0.5 [3] 采用语气算子与定量标度相对隶属度关系 [5] 确 定隶属度矩阵 R5[0.538 1 0.333]。 同理，可以求得工艺复杂程度、安全性两个因 素的隶属度矩阵 R6[1 0.538 0.538]，R7[1 0.538 0.538]。 最终，得到综合隶属度矩阵如下。 5 模糊综合评判 根据综合隶属度矩阵和权重计算得到综合评判 向量BWR[0.95 0.62 0.54]。 杨建桥等基于模糊数学的硅石矿矿体采矿方法优选应用