灰关联分析法在采矿方法优选中的应用.pdf

2 0 0 2年 8月 第 3 l卷第 4期 总第 1 7 5期 云 南 冶 金 YUNNAN META l J J 瓜 GY Au g． 2 1 3 0 2 Vo 1 ．3 1 ．N o ．4 S u m 1 7 5 灰关联 分析法在采 矿方法优选 中的应用 陈 日辉 ，熊大 民 昆明理 工大学 ，云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要简要介绍了灰色理论的产生 、发展和研究内容及有关灰色理论的一些基本概念 ，基本方法 ，计算公 式。然后在采矿方法初选的基础上根据类似矿山使用的采矿方法，搜集有关技术指标 ，采用灰色理论之灰关联分 析法 ，对 初选 的采矿 方法 进行灰 色关 联评估 ，从 而确 定最 优采 矿方 法 ，并 推荐 其它较 优 采矿方 法 。 关键词灰色理论；灰关联分析法；采矿方法 ；优选 中图分类 号 T D 8 5 3 文献标 识码 A 文 章编号 1 0 0 6 0 3 0 8 2 0 0 2 0 2 0 0 0 6 0 3 App l i c at i o n o f Gr e y As s o c i a t i o n Ana l y s i s i n Op t i mi z a tio n o f M i ni n g M e t h o d CHEN Ri h u i ， XI ONG Da mi n K u n m i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，K u n m i n g ，Y u n n an 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A I K S I I I AC T T h e d e v e l o p m e n t ， s tu d y c o n t e n t ，b a s i c c o n c e p t ， m e t h o d a n d c a l c u l a t i o n meod o f G r e y Th e o r y a l e b r i e fl y i n t r o d u c e d ． B a s e d o nmi n mg O p e r a t i o n u s e di n 8 imi l a gmi n e 8 a n dt e c h n i c a l p a r a ／ ll e t e r ， theGr e yAs s o c i a t i on An a l y s i si s u s e d i n a s ses me n tof p l i ml n a r y s e l ec t e d mi n i n gme od S O ∞ t o d e t e r mi n e the o p ti ma lmi nin g p r o c e s s ． KEY W ORDS g r e y the o r y ； g r e y a s s o c i a t i o n a n a l ysi s ； min i n g me thod ； o p ti miz a t i on l 前言 采矿 方法选 择是矿 床地 下开采 中 的重 要环 节 ， 以传统的方法对采矿 方法进 行 比较 、选择 ，工作量 很 大 ，且带有较大 的主观性 ，本 文采用一种较 为简 单客观的选择方法 ，即 广泛应用于各个领域 的 自 动控制理论灰色理论 中的灰 色关联分析法来解 决采矿方法优选 问题 。 2 灰色理论概述 灰色理论 由邓 聚龙 教授 于 1 9 8 2年提 出的 ，原 本属 于 控 制范 畴 ，但现 在 已广 泛渗 透 到 社会 、经 济 、气象 、医学 、农业 、矿业 、管理 、教育等众多 的领域。 灰色理论 的特点是充分 利用部分 白色信息 ，从 事物 内部去研究系统 。该理论有着很 广泛 的研究 内 6 收稿 日期 2 0 0 1 一 l o - 2 4 作 者 简介 陈 日辉 1 9 6 2 一 ，男 ，广 东湛 江市 人 ，副教授 。 容 ，一般说来包括 以下几个 方面 ①灰数 白化 ，对不确定 的灰 数 ，按 白化权取一 个 确定 值 ； ②灰关联分析 。一个 系统 因素很 多 ，各种因素 关 系不 清 ，影响不明 ，通过灰色理论 的方法使关 系 量化 、序化 ； ③映射 。抽象 的因素 ，通过对 应量 ，使其 数据 化 、量化 ； ④生成 。系统 的行 为数据可 能杂乱无 章 ，没有 直观 的 规律 ，通 过数 据 处 理 ，整 理 出较 明显 的规 律 ，这 是数字序列 的白化 ，灰色理论称 为生成 ； ⑤ 灰色建模 。经过处理后 的数据列 ，虽然有了 初 步的规律 ，不一定能用数学关 系做 出更 明确的表 达 ，灰 色系统 将 这些 加 工 后 的数 据 列 建立 数 学 关 系 ，这是模型 的 白化 ，相 应的模 型称 为灰色模 型 ， 相应 的过程称 为灰色建模 ； 维普资讯 陈 日辉 等灰关联 分析 法在 采矿方 法优 选 中的应用 ⑥灰色决策。在情况不够明确 ，对策不够完善 的情况下作 做 出决策 ，这是局势 的 白化 ，相应 的决 策成 为灰色决策 ； ⑦灰色预测和灰 色控 制 。对未来发展通过模 型 定量 预测 ，并在此基础 上做出灰色控制 。 3 灰关联分析法 灰色关联分析法是 对一个系统发展变化态势 的 定量 描述 的比较 的方 法。发展 态势 的比较 ，依据 空 间理 论的数学基础 ，按 照规范性 ，偶对称性 ，整体 性和接近性 的原则 ，确定 参考数列和若 干 比较 数列 之间的关联 系数和关联 度 。 关联度是指两个 系统或两个 因素 间关联性 大小 的量 度 。它描述 了系统 发展过程 中因素相对 变化的 情况 ，如果两 者在相对 变化上基本一致 ，则认 为两 者关联度大 ；反之 ，则 关联度小 。 灰关联分 析的一 般过程为 ①收集关联数据 包括量 化和半 量化指标 进 行 白化处理 ； ②对 白化处理后 的原始数据做 数据变换 ，其方 法有初值 化处理 、均值化处理 、区间值化处理和归 一 化处理 ； ③求 差序列 Ao i m a x m a x I 0 k 一 kI i 1 ， t 2， ⋯ ， k 1， 2， ⋯ ④求 两极最大差与最小差 △， 一 m a x m a x I 0 k 一 k I A 玎 n l I 0 k 一 i k I ⑤计算关联 系数 ㈩ 式 中 l D为分 辨系数 lD ∈ 0 ，1 通常取 l D 0 ． 5 ⑥计算关联 度 i 1 ， 2， 3 ⋯ 一 ⑦根据关联 度排 出关联序 ，如 r 0 l r 0 3 r 0 4 4 关联分析法在采矿方法优选 中的应用 用传统 的方法对 采矿方法进行 比较 、选择 ，工 作量很大 ，且带有较 大 的主观性 ，采用灰关联分 析 法 ，只需准备数 量有限 的数据 ，这些数据 主要 是评 价各种采矿方法 的技术经济指标 ，其它工作计算 机 上完成 。 评 价采矿方 法优劣 的指标很 多 ，如贫化率 、损 失率 、采切 比、劳动生产率 、主要材料 消耗 、采矿 成本 、安 全程度 、劳动条件 、工艺 复杂程 度 、机械 化程度 、矿山技术水平 、设备 的供应情况 等。在采 矿方法 优选 时 ，必须加 以综合考虑 ，用传统 的方法 对上述 指标进 行分析 比较时 ，由于指标 多 ，难 以考 虑全 面 ，往往 只是根据一二个指标定乾坤 ，这样做 就带有较大的主观性。而使用灰关联分析法则能够 轻松解决 这些 问题 ，得 出全面 的整体 的分析结果 。 表 1 采矿 方法评 价指标 表 Ta b． 1 I n e l e x e s o f mi ning me t h od e v a l u a t i o n 贫 化率／％ 损 失率／％ 采 切 比／ 11 1 k t I 1 劳动生 产率／ L ／ 工 班 采矿 成本／ 元 t 安全 程度 劳动 条件 工 艺 复杂程 度 机械 化程度 2 5 ～3 5 9～ l 0 1 0 ～l 2 7 0 7～ l O l 叫 好 简单 高 下面就举例说 明灰关联 分析法在优选采矿方 法 中的应用 。 某矿体开采 技术 条件 为 走 向 s N，倾 向 N W， 倾 角 7 5 。 ～8 5 。 ，走 向长 2 4 0 m，均厚 2 5 m，某 些 中 7 高姗觯低 加 m博0 子 ～ ～ v 一 离 离 ～一一川㈣ 高姗觯高 5 与 氐 ～ 8 k d i0 ～ ～ ～ ～ 嫡差 低 差 撩 低 则低 差 低 维普资讯 2 10 2年 8月 第 3 l卷第 4期 总 第 1 7 5期 云 南 冶 金 YI r NNAN M田 AI 工URGY Au g． V0 1 ． 31 ． No ． 2 O 0 2 4 S u m 1 7 5 段均 厚达 1 0 0 n l ，品位 1 ． 8 9 ％ ，矿体北 部上 盘 为稳 固的 D M岩层 ，下盘 为不稳 固 s k b岩 层 ，南 部上盘 为 s k b不稳 固岩层 ，下盘 为 D M稳 固岩层 ，矿体 为 D L中等稳 固岩层 ，矿 体 围岩界 线 清楚 ，地 表允许 陷落 ，在矿体下部具有构造 破坏 。 根据上 述 矿体 开采 技 术 条件 ，初 选 采 矿 方 法 为 分层崩落法 、有底柱 分段崩落法 、无底柱 分段 崩落 法 、有底 柱 阶段 崩 落法 、上 向水 平 分 层 充 填 法 。这几种采矿方法 的各 项技术经济指标 如表 1 采用 白化 函数将上 表 中灰数进行 白化 ，对半量 化指标按 5个灰类进行灰 色聚类 ，采用评分的求法 进行 。 第一类 低 差 ，复杂 评分为 2 第二类 较低 差 ，复杂 评分 为 4 第三类 中等 评分 为 6 第 四类 较 高 好 ，简单 评分 为 8 第五类 高 好 ，简单 评分为 1 0 通过 白化处 理后 的 白化数据如表 2所示 表 2白化 数据 表 Ta b． 2 Ta bl e o fw} I i t e I l i n g da t a 贫 化率／ ％ 损 失率／ ％ 采 切 比／ m l t 劳动生 产率 ∥人 采矿 成本 元／ t 安 全程 度 劳动条 件 工艺 复杂 程度 机械化 程度 以采 矿方 法 为子 系 列 x i ，i -1 ，2 ，3 ，4，5 。 以相对优化原则作为构造参考序列 x 0 的依据。 考虑 目标 “ 越大越好 ”时 ，选 用 m a x x k ， 1 ，2 ，3 ，4 ，5作为母 序 列 因素 ，考虑 目标“ 越 小越好 ”时 ，选 用 m i n x i k ，i 1 ，2 ，3 ，4 ，5 作为母序列 因素 。由此得参考母 序列 x o { 4 ． 5，1 ． 2 ，3 ，7 0，8 ． 5 ，1 0 ，1 0，1 0 ，1 0} 由此可得原始数据序 列为 X1 x2 x3 x4 x5 X o X1 { 4． 5 3． 5 2 7． 5 4． 2 5 2 8 ． 1 2 2 2 2 { 2 5 ． 5 1 1 ． 2 2 5 2 9． 4 1 1 8 2 2 4 } { 1 7． 5 2 0 7． 5 1 6． 8 1 1 1 0 8 1 0 1 0 { 3 0 9． 5 1 1 7 0 8 ． 5 1 0 1 0 1 0 1 0} { 1 9． 5 1 ． 2 3 4 0 3 0 1 0 8 2 2} { 4． 5 1 ． 2 3 7 0 8． 5 1 0 1 0 1 0 1 0} 均值化后得 { 0． 5 7 0 0． 4 4 5 2． 8 5 8 0． 5 4 0 3． 5 7 0 0 ． 2 5 4 0 ． 2 5 4 0 ． 2 5 4 0 ． 2 5 4 } x 2 { 1 ． 9 4 3 0． 8 5 4 1 ． 9 0 5 2． 2 4 0 0． 8 3 8 8 0． 61 0 x3 ’ { 1 ． 4 2 5 0． 81 4 x4 ’ { 1 ． 5 9 8 0． 5 3 3 x5 ’ { 1 ． 4 4 2 0． 7 4 0 X o{ 0． 3 1 8 0． 7 0 8 0． 1 52 1． 6 2 9 0． 65 2 0． 5 06 0． 53 3 0． 53 2 0． 7 4 0 0． 08 5 0． 7 0 8 0． 1 5 2 0． 6ll 0． 81 4 0． 5 8 6 0． 5 3 3 0． 2 2 0 0． 1 48 0． 21 2 0． 7 08 0． 3 0 5} 1． 3 44 0． 8 9 6 0 ． 8 1 4 } 3． 7 2 8 0． 4 5 3 0 ． 5 3 3 } 2． 9 5 8 2． 21 9 0． 1 4 8} 4． 9 5 3 0． 6 0 1 0． 7 0 8} △ r 4 ． 4 1 3 ，△ r n i r I 0 ． 0 0 0 利用上述均值化序列求差序列 △ I o k 一 i k I l ， 2 ， ⋯‘ ， k 1， 2， ⋯ 接着计算关联 系数 A m ／ * * m a x 关联系数矩 阵 下转第 1 4页 ， ∞ ∞ m ∞ n m m m m ∞ m m m 5 5 4 n 2 2 2 2 维普资讯 2 0 0 2年 8月 第 3 l 卷第 4期 总第 1 7 5 期 云 南 冶 金 YU NNAN MET AL LU RGY Au g．2 0 0 2 Vo 1 ．3 1．No．4 f S u m 1 7 5 结束 ，共采 出 3 ． 4万 t 矿石 ，铅 品位 4 ． 6 5 ％ ，锌品 位 8 ． 1 5 ％ ，将 探 矿 、开拓 、采 矿 所 有 费 用 计 入后 成本仅 9 4 ． 8 6元／ t ，产出的经济效益 1 5 2万元。7 9 5 坑 至今 采出 4万 多吨矿石 ，综合后成本 也仅 1 2 8 ． 2 1 t ，现其 7 2 0 m标 高 以下 深 部 的 储 量 还 继 续 看 好 ，两坑的坑探效果理想 。 4结语 1 由于矿 山铅锌储量 的 日益减少 ，以及 目前 铅锌 市场价格 的不断下滑 ，矿山企业 在加强 内部管 理的同时 ，还 应加快 技术 改革 ，工艺 创新 的步 伐 。 为创造 良好 的经济效益 奠定基 础。 2 结 合 自身实际 及特点 ，认 真总结 和推 广成 功的经验和适合 的采矿 工艺 ，以在提高 回采率和降 低 开采成本 中求效益 。 3 鉴于对小矿体探采结 合 ，边探 边采的措施 的成功 ，建议对 l 0万金 属 t以下 远 景 矿体 进行 推 广应 用。 上接第 8页 {； 0 ．方 案 Ⅲ r o 3 方 案 V r o 5 方案 Ⅱ r o 2 方案 I r o 1 上述关联序表明，方案Ⅳ即有底柱阶段崩落法 的各项指标与最优指标接 近 ，所 以确定方案 Ⅳ为最 优采矿方 案 ，其 次是关联度次之 的无底柱分段 崩落 法 。 5 结束语 通过本文 的分析 和应用 实例可 以看 出 ，应 用灰 1 4 0． 4 2 6 0． 8 3 0 0． 8 3 0 0． 8 3 0 0． 8 3 0 0． 9 03 0． 9 58 0． 7 9 9 0． 79 9 0． 8 4 6 0． 88 2 0． 9 5 4 0． 9 r 7 5 0． 95 4 0． 9 5 4 0． 93 7 0． 9 2 7 0． 9 2 7 0． 92 7 0． 9 2 7 0． 5l 7 0． 9 8 6 0． 9 5 0 0． 7 98 0． 7 98 色关 联分 析法对采矿方法进行优化选择 是行 之有效 的 ，其结 果和用常规方法做 出的选择基本 一致 ，而 本文使 用 的灰 色关 联 分 析 法 比常 规 方 法 简单 、直 观 ，易于为人们所掌握 ，从 而为多个 评价指标的采 矿方法优选 提供一种简单可行 的分析方 法 。 参考文献 [ 1 ]易德生，郭萍 ．灰色理论与方法 [ M] ．北京 工业出版社 ， 1 9 9 2． [ 2 ]罗庆成 ．灰色关联分析与应用 [ M ] ．南京 江苏科技出版社 ， 1 9 8 9。 [ 3 ]刘郭文．应用关联分析法确立 防尘工作的重点 [ J ] ．云南冶 金 ，1 9 9 7， 6 1 6 - 1 9， [ 4 ]李孜军 ．摊烟除尘系统设计方案优选的灰色关联分析法 J ] ． 通 风 除尘 ，1 9 9 6 ． 4 2 9 3 1 ． 维普资讯