采矿方法选择的层次分析模型及应用.pdf

第 2 3卷第 1 期 2 O O 3年 0 2月 矿 冶 工 程 M I NI NG AND M ETALL URGI CAL ENGI NEERI NG V0 1 ． 2 3 № l F e b rua r y 2 0 0 3 采矿方 法选择 的层次分析模型及应 用 舒 方 坚 永州市观音滩煤业有限公 司， 湖南 祁阳 4 2 6 1 1 1 摘要 应用层次分析 A 的基本决策理论， 针对急倾斜煤层的赋存条件 ， 提出了6 种技术上可行的采煤方法 ， 并建立了目标层、 准则层和方案层的层次分析模型。结合沙井矿煤层的具体条件， 构造判断矩阵， 求解矩阵的特征向量， 最后确定了伪倾斜钢结构 “ 八字形” 掩护支架采煤法是较适合该矿井条件的采煤方法。 关键词 层次分析模型 ；采煤方法 S t r a t i fic a t i o n An a l y s i s M o d e l f o r Ch o o s i n g 1W an i n g M e t h o d s a n d I t s Ap p l i c at i o n S H U F a n g - j i a n r o ． h o u G u a n y i n t a n C o a l I n d u s t r y C o ， ，Q ／ y a w 4 2 6 1 1 1 ，H u n a n ，C h i n a Ab s 缸a c t A p p l n g b a s i c p o l i c y m a k i n g t h e o r y a n d i n l i g h t o f o c c u r r i n g c o n d i t i o n s o f s t e e p F C a l T I ，the a u t h o r h a s d e v e l o p e d 6 t e c h n i c a l l y - f e a s i b l e mi n i n g me tho d s an d e s t a b l i s h e d the s t r a t i fi c a t i o n a n a l y s i s mo de l s f o r t a r g e t l e v e l ， c r i t e rio n l e v e l an d s c h e m e ． A c c o r d i n g t o a c t u a l c o n d i t i o ns o f S h a j i n g Mi n e ’ S c o a l 8 e a lT l ， j u d g e m e n t m a t ri x es a r e c o n s t r u c t e d t o s o l v e for c h a r a e t e r i s t i c v e c t o r o f ma t r i x es．F i n a ll y 。th e c o a l m i n i n g m e th o d u s i n g” fi g u r e e i ght ’ ’ s h i e l d s u p por t s w i th a p s e u d o - i n c l i n e d s t eel s t r u c t u r e i s I I 眦s ui t a b l e for S i ng Mi n e ’ S c o a l - mi n i n g． Ke y wo r d ss t r a t i fic a t i o n an a l y s i s mo d e l ；c o a l mi ni n g me tho d l 递阶层次结构的 A H P 计算原理⋯ 1 ． 1 建立递阶层次结构 针对复杂的目标问题 ， 分解为基本的属性单位元 素， 再把这些元素按属性不同分成若干组 ， 以形成不同 层次 ， 同一层次的元素作为准则 ， 对下一层次的某些元 素起支配作用 ， 同时又受上一层次元素 的支配。这种 从上至下的支配关系即形成一个递阶层次。最上的层 次一般是复杂问题的分析 目标 ； 中间层次是准则 、 子准 则； 最下层为决策的方案 ， 如图 1 所示。 目标层 准则层 子准则层 方 案 层圆圆⋯ ⋯ 图 1 递 阶层次结构示意 ①收稿 日期 2 O 0 2 1 2 2 5 作者男工程 师 1 ． 2 构造判断矩阵 建立递 阶层次结构以后 ， 上下层之间元素的隶属 关系即被确定。假定上一层 的元素 u 对下一层次的 元素 u ⋯ 有支配关系 ， 则 目标 即是在准则 下按相对 重要性对 ， 的各元素赋予相应的权重。 针对准则 ， 两个元素 u ， u 的重要性赋值 ， 采 用 1 9的标度方法 进行 ， 见表 1 。 表 1 判断矩阵标度及其含义 标度 含 义 表示指标 与 相 比， 具有同等重要性 表示指标 与 相 比， 比 稍微重要 表示 指标 与 相 比， 比 明显重要 表示指标 与 相 比， “ 比 U i 强烈重要 表示指标 “ 与 相 比， 比 极端重要 分别 表示相邻判断 1 3 ， 3 5 ， 5 7 ， 7 9的中值 表示指标 与 比较得 ．．，则 与 比较得 1 ／ u j 据上表对 每个元素进行 两两 比较后 即可 得判断 矩阵 倒 。， 擞 维普资讯 第 1 期 舒方坚 采矿方法选择 的层次分析模型及应用 9 P U1 ．1 U1 ．2 U2 ．1 U2 ，2 Un 。1 Un 。2 U 1 ．n U2 ．n Un ．n 1 ． 3 排序权 向量的计算 特征根法 采用近似方法计算排序权 向量 ． ， 和最大特征根 一，具体步骤如下 1 计算 P矩阵每一行元素的乘积 w j Ⅱ u j ． 2 计算 的 n次方根 wi √ wi 3 归一化处理 wi i一 ∑w j 4 计算 P矩阵的最大特征根 一 m ax j ∑ l 式 中 v j 表示向量 ’ ， 的第 个元素 ， 有 V { l ， 2 ， ⋯ } M 1 ．1 U 2 ，1 ● M n ．1 M 1 ． U 2 ． n ． 6 由上式即可计算 出排序向量 w 为 W { l ， l ， ⋯ ， } 7 1 ． 4 一致性检验 由式 7 的排序权 向量确定的权数分配是否合理 ， 需要对判断矩阵进行一致性检验 ， 计算其随机一致性 比率 C R 面 C I 8 其中 表 2 样本容量为 1 0 0 0的 开 J 值 矩 阵阶数 值 矩 阵阶数 值 3 O ． 51 4 9 8 1 ． 伽 4 O ． 8 9 3 l 9 1 ． 4 6 l 6 5 1 ． 1 1 8 5 l O 1 ． 4 8 7 4 6 1 ． 2 4 9 4 l l 1． 5 l 5 6 7 1 ． 姗 l 2 1 ． 5 4 0 5 2 采煤方法选择的层次分析模型 2 ． 1 层 次分 解 采煤方法的选 择分为 目标 层、 准则层和方案层。 目标层即要选择适合具体矿层条件 的采煤方法 ， 还要 结合已有资源 ， 包括财力 、 物力 和人员技术素质等 因 素 ； 准则层于技术可行性 、 经济合理性和安全可靠性三 准层为主， 每一准则下再分子准则 ， 如技术可行性准则 下含有煤层倾角、 煤层厚度、 煤层稳定性 、 顶底板条件 以及灾害条件等子准则 ； 方案层包括符合上述准则 的 若干个初选方案。 2 ． 2 模型结构 图 根据以上分析， 可以构造 出如下采煤方法的层次 分析模型结构图， 见图 2 。 图 2 采煤方法层次分析模型 CI 1 - i 一一n 9 3 应 用 式 中 为判断矩阵的随机一致性 比率 ； c ， 为判断矩 阵的一般一致性指标 ； R ／为平均一致性指标 。 当样本容量为 1 0 0 0时 ， 3～1 2阶判 断矩阵的 肼 值列于表 2 。 若 C R0 ． 1 ， 表明判断矩阵具有可接受的一致性 。 从而证 明权数分配是合理 的； 否则 ， 即是判断矩阵偏离 一 致性程度过大而需进一步调整。 3 ． 1 矿 井概 况 沙井矿井设计年产 9万 t ， 煤系地层为下二迭纪龙 潭组 ， 煤层倾 角 5 6～8 0 之间， 局部倒转， 含煤 7层 ， 其 中 1 、 2 、 5层可 采， 平 均厚度分 别为 1 ． 4 3 m， 1 ． 3 0 m。 1 ． 1 3 m。顶板为黑色 泥岩 、 底板为 泥岩砂岩。矿井属 高沼气矿， 且煤层 自燃 ， 有发火危险。该矿曾一直采用 正倾斜平板型桎木条采煤法 ， 并取得较好的经济效益， 、 、 、 、 ， 维普资讯 1 0 矿冶工程 第 2 3卷’ 但存在坑木消耗大 ， 掘进率高、 劳动强度大、 掩护支架 难以适应地质条件变化等缺点， 因此欲寻求一种高效、 安全、 低消耗的采煤方法替代现有的采煤方法。 3 ． 2 初步方案 1 正倾斜平板型桎木条采煤法 c 。工作 面沿正 倾斜布置 ， 采用平板 型桎木条柔性掩护性支架。该采 煤法坑木消耗大、 工作空间小、 易造 成窜矸 ， 劳动强度 大 ， 适用于顶板较稳 定的煤层。该采煤方法在沙五井 一 直采用。 2 伪倾斜钢结构 “ 八字形 ” 掩 护支架采煤 法 C 。 工作面沿伪倾斜布置 ， 沿走 向连续推进 。可以减少大 量溜煤眼和其他巷道 的掘进量 ， “ 八字形” 掩 护性支架 加工 、 安装、 使用 、 拆卸 比较方便 ， 容易适应煤层厚度及 倾角的变化 ， 且顶板两侧不易窜矸 ， 支架下有较大的工 作空间， 劳动条件较好。采用 的钢结构可以回收利用。 3 长孔爆破采煤法 c 。在运输平巷 内用钻机钻 出平行于工作面的长炮眼 ， 然后分段装药 ， 在区段 内沿 煤层走向分成若干采煤带 ， 它具有生产安全 、 工人劳动 强度较轻等优点 ， 在煤层厚度大于 1 ． 0 m、 顶板较坚硬 时使用效果好 。 4 斜坡采煤法 C 。沿煤层开掘 2 5 。 左右的斜巷 ， 煤在巷道 内沿溜槽 自溜运输 ， 回采工作 面采落 的煤经 一 系列斜巷直接 自溜到装车站 的煤仓 或溜煤眼 ， 在 采区内形成从掘到采连续 的无动力运输系统 ， 该采煤 方法回采工艺简单， 但要求事先开掘大量倾斜巷道， 而 且在倾斜巷道内运输 困难 ， 这种采煤方法 回采率低 ， 通 风系统不完善 ， 煤尘很大 ， 适用于煤层埋藏稳定的矿井。 5 仓储采煤 法 c 。在 区段 内沿 走 向分若 干仓 房， 每个仓房 内回采工作面采落的煤炭 ， 只有一小部分 体积膨胀部分 随时运走， 其余部分暂时贮存在采空 区 ， 一方面用来临时支撑顶板 ， 另一方面作为工人进行 落煤作业的落脚点。 6 伪倾斜密集支柱采煤法 c 。工作 面沿倾斜布 置 ， 沿走向连续推进 ， 采用单体支柱支撑顶板 木支柱 和单体液压支柱 ， 采用单体液压支柱支撑顶板时 ， 支 撑力大， 安全性好。但初期 投资大 ， 且适用 于煤层稳 定 ， 在煤厚小于 1 ． 8 m的煤层中支架稳定性好。 3 ． 3 计算结果 在图 2所示的层次分析模型中， 首先需要对每一 层各个因素相对重要性给出判断 ， 有关采矿专 家根据 表 1 所述标度进行 赋值 ， 然后 由公式 1 ～ 9 计算 出 如下结果 ， 见表 3 ～表 8 。 由表 8 排序结果可知 ， 伪倾斜钢结构“ 八字形” 采 煤法 为第一 ， 其后依次为 、 C 6 、 C 、 C 4和 c 。 表 3 判断矩阵 A8 B2 B2 l B笠 B∞ B t 0 2 i 表 7 8层次总排序 B o o o ． B 。 3 B o o o Bl l 0． 1 8 7 0． 1 1 9 B2 l 0． 4 5 5 0． 1 0 9 Be 0． 1 6 8 0． 1 0 7 0． 1 7 8 0 ． 0 4 3 B13 0 ． 4 3 7 0 ． 2 7 7 如0 ． 2 3 6 0 ．唧 Bw 0． 1 0 9 0． 0 6 9 B 0． 1 3 1 0．∞ l Bts 0． 1 0 0 0． 0 6 4 l 0． 6 1 0 0． 0 7 6 如0 ． 2 8 3 0 ． 0 3 5 如0 ． 1 0 7 0 ． 1 2 3 表 8 C层总排序 B I - B I 3 B I 5 董 b 2 0 ． 1 1 90 ． 1 0 70 ． 2 7 70 ． 0 国 O ． 0 6 4O ． 1 0 9O．O O ． 0 O．∞l 0 ． 0 “／ 60． 1 1 50 ． 1 2 3 ”’ c I O ． O． 1 o O． 3 O ． 1 8 D O． 1 2 9O ． O． 2 l 8O ． 0 B l O．饵叮O． 0 O．明5O ． 0 5 3O． 1 9 B O ． 2 O．∞ 5O ． 啦5O ． O． 1 l 0O ． 5 O． 2 ∞ O ． 1 8 0O．2 5 4O ． 1 3 5O．四5O ． 1 O ． 2 3 8 G 0 ． 1 8 1 0 ．2 O ． 2 嘶O ． 0 嘶 O ． 3 甓O ． 2 l 5 O ． 1 8 D O ． r 5 O ． 2 6 4 O ． 0 O ． 1 3 7 O ． 1 0 l O ． 2 2 5 c ‘0 ． 0． 3 0． 1 8 00．0 ∞0． 0 臼 B0 ． 2 呕 0．0 ∞ 0 ． 0 0．Of ／ 0 ． 0 B 50．O 0 ． a B 20． 1 5 4 O ． 1 O． 2 l 0O ． 1 6 7 O ． 1 5 6 O． 2 5 6O ． 1 0 9O． r oO ． 0 眩 O． 1 O ． O | 5O．0 嚼 O ． 0 四 O ． 1 4 D O ． 1 6 5O． 2 l 5O ． 1 O ． 3 4 80 ． 1 1 80 ． 3 档 O． 3 眇 O ． 2 l OO． 2 铝 O ． 1 心 O． 1 心 O ． 1 O ． 2 O．嘧0． 1 维普资讯 第 1 期 舒方坚 采矿 方法选择 的层次分析模型及应用 3 ． 4 生产 效果及 对 比 根据表 8的计算结果确定 的伪倾斜钢结构“ 八字 形” 掩护支架采煤法 ， 至今 已应用于生产实践 3年 ， 据 统计 ， 3年来 的各项 经济指标优于原采用的正倾斜平 板型桎木条采煤法 c 。 ， 具体指标详见表 9 。 表 9 2种采煤方法主要技术经济指标 项 目 m 旒 3 ／ T Ym 3 ／ T Y t E E t ／ m 3 ／ T Y1 拙 日 t 万 t 日日 t 枚， 万 t 王仕 影响采煤方法选择的众多复杂因素， 并将定性指标定 量化 ， 提高了决策工作 的科学性和可靠性。 2 层次分析模型中判 断矩 阵的标度赋值采用专 家综合取值 ， 有效地保证了元素赋值的一致性。 3 3年生产实践的结果表 明， 应用本文所述采煤 方法选择 的层次分析模 型计算 确定 的伪倾 斜钢 结构 “ 八字形” 采煤法各项技术经济指标均优于原用的正倾 斜平板型桎木条掩护支架采煤法 、 证 明该分析模型正 确 、 合理 ， 可推广应用。 参考文献 [ 1 ] 许 树柏 ． 层次分析法原理 ． 天津 天津大学出版社， 1 9 9 8 4结论 ’ 三 1 应用层次分析法选择采煤方法 ， 可以充分考虑 o f A l n c ．a ， 1 9 7 6 上接第 7页 [ 6 ] 蒋继昭 ． 南 宁 柳 州 高速公 路洛维大桥 桩基岩溶 问题 ．广西交 通科技 。 1 9 9 7 2 2～2 3 [ 7 ] 陈国亮 ．岩溶地区地面塌陷的评价 与处理 ．工程勘察 ， 1 9 8 3 1 2 5 3 O [ 8 ] 胡宗汉 ．唐山市东 矿区塌 陷形 成机制及其 防治 ．水文地 质工程地 质 ， 1 9 9 1 4 3 43 6 [ 9 ] 黄伯瑜 ．岩溶地基 稳定 性评 价 与工程 处理 ．勘 察科学 技术 ， 1 9 8 8 3 1 6 [ 1 O ] 彭柏兴 ，等 ． 建筑地基中防空洞的勘察评 价和工程措施 ． 南 昌水 专学报 ， l 9 9 9 2 4 3 4 8 [ 1 1 ] 彭柏兴 ． 利 用卸荷拱理论对地基中防空洞进行评价和处理 ． 勘察 科学技术 ， 1 9 9 9 1 2 5～3 1 [ 1 2 ] 寥如松 ．应用逐步 判别法 预测岩溶 塌陷探 讨 以桂林 岩溶 地 区为例 ．中国岩溶 ， l 9 8 7 1 7 99 o [ 1 3 ] 寥如松 ，等 ．岩溶塌陷实例研究及评价 以桂林某高层建筑场 区为例 ． 勘察科学技术 ， 1 9 9 0 6 l 一6 [ 1 4 ] 项式均 ，等 ． 湖北大冶县大广山铁矿岩溶 塌陷的预测和探讨 ．中 国岩溶 ， l 9 8 7 4 2 9 7 3 1 4 [ 1 5 ] 房兆祥 ， 等 ．西南地 区岩溶 发育的某些特征兼述岩溶 地区建 筑物地基处理 ．工程勘察 ， l 9 9 5 4 9 1 3 一 ～ ～ 一 ～ 首届全国信息获取与处理学术会议征文通知 2 II 首届全国信息获取与处理学术会议将于2 0 0 3 年9 月初在沈阳召开。 征文范围 1 各种测量、 计量、 检测、 监测、 探测、 测试、 实验、 试验 以下统称测量 等方法研究； 2 各类传感器、 敏感元件、 仪器仪表、 测 量装置的新原理、 新技术、 新元件、 新材料、 新工艺的研究； 3 测量过程中的信号传输 如现场总线技术 等 ； 4 模式识别 图像、 语音、 生物特征识别等 ； 5 数据处理； 6 化学分析方法与仪器； 7 环境监测技 术； 8 天体、 大地、 海洋测量； 9 地质矿产勘探； 地热、 地震、 火山、 地磁、 地电、 水文观测， 大气探测， 矿山 安全检测； 1 0 l fi 床医学影像检查、 实验室检验； 1 1 金属材料与金属腐蚀试验、 实验应力分析； 1 2 生产 过程自动化； 1 3 其它。 本次会议将另外征集6 O O 字以内的摘要论文 中文 ， 可以与本次会议投稿内容相同， 2 0 0 3 年9 月之 前由中国科学技术出 版社出版， 不额外收取费用。 有关本次会议具体时间、 地点等相关信息请关注 沈阳测控信息网 ， 网址 h t t p ／ ／ w w w ． s y ia s ． o r g ． 。 联系电 话 0 2 4 2 5 6 9 1 4 1 7 2 5 4 1 5 3 2 0 ， 传真 0 2 4 2 5 4 1 5 3 2 0 ， E m a i l w e b m a s te r s y ia s ． o r g ． c n j 或 w e b m a s t e r m e e t i n g ． o r g ． c n ， 联系人 贾冬娜 Ii 中国仪器仪表学会 维普资讯