地下矿采矿方法优化选择的10年进展.pdf

～ l上 第 2 o卷 第 2期 1 9 9 6年 4月 中国钼业 CHI NA M OI 、 BDENUM I N DU S TRY f 、、＼ v0 1 2 o 。 一 ／ ／ Ap r i l 1 9 9 6 地下矿采矿方法优化选择的 1 O年进展 1j 于地 下 矿采 矿方 法的 优化 决 TH E LA I 1 ST TEN YEARS DEVELOPM ENT I N oPTI M UM SELECTI O N oF M I NI NG M ETHOD FoR UN DERGRoUND M I NE W e i Yi mi n g To n g Gua n g x u B e i j i n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e＆ Te c h n o l o g y ， B e i j l n g ，1 0 0 0 8 3 Abs t r ac t Du r i n g t h e r e c e n t t e n y e a r s．Ki n d s o , o ／ t s c i e n c e a nd c o mp u t e r t e c h n o l o g y B ． r e a p p l i e d t o t he o p t i mu m s e l e c t i o n o f mi ni n g me t h o d i n u n d e r g r o u n d mi n e s ．I n t hi s p a p e r ，t he c h a r a c t e r s o f e a c h me t h o d o l o g y a r e r e v i e we d a n d i t s F u t u r e t r e n ds a r e a l s o d i s c u s s e d． Ke y wor ks M i n i n g M e t h o d，Un d e r g r o u n d M i n e．Op t i mu m De c i s i o n 1 引 言 采矿方法选 择是矿 山地下开采设计 的主要 内容之一 。采矿方法选择正确 与否直接影响着 矿床开采 的经济效果 因此 ， 如何选择最优的采 矿方 案是采 矿设计 、 科研 工作者 广泛关 注的研 究课题 之一 。 然而 ， 由于矿床赋存条件 ， 开采技术条件 的 复 杂多变 ， 采用 传统 的方 法 经验类 比法 、 盈利 分析法 选择 采矿方法 时 ， 难 免出现片面性 和主 观性 近 1 0年来 ， 随着 各种软 科学 和计 算机 技 术 的应用 发展 ， 许多专 家学者 也曾将价值 工 程 法 ， 多 目标决策法 、 层次分析法 、 模糊数学 法 、 灰 色关 联法 以及专 家系统 、 神经 网络 技术应 用 于 采矿方法 的优化决策之 中并做 了许多有益 的探 讨 ， 取得 了许 多令 人嘱 目的成就 ， 本 文就是对这 些研究成果的综述 。 2数 值 决 策法 [ 1 ] 2 ． 1 价值工程法 价值 工程法的实质就 是加权评分 法 。也就 是 说 利 用一套 由相互 比较 而定 出 的评 价 项 目 因素 的重要性系数和方案对评价项 目 因素 的满足程度 系数 ， 来进行方案评价 的。 现结 合文 献 [ 3 ] 中的应 用实例 来说 明价 值工程法 用 于采 矿方法选 择的实施步骤 ①确定参予评价的方案集和因素集并对有 关因素进行无量纲标准化 ， 如表 1 、 表 2所示 表 1 各 采矿 方法 的主要 技术 经济 指标 矿块 生产能 力 t ， d Nl i 6 5 2 2 0 2 0 0 3 5 0 采矿工 技 t ／ I 班 Nz 2 4 4 2 1 5 2 8 矿石 损失车 Nl 1 0 1 8 1 7 2 0 矿石贫 化率 N 4 1 1 1 5 1 9 1 7 采准 m／ k t N s 1 5 5 2 4 1 3 表 2标准 化后 的技 术经 济指 标 段 法 阶 蜃 法 分 舸 济 经 抹 维普资讯 第 2 0卷 第 2期 魏 一鸣 地 下矿 采矿 方法 优化 选择曲 1 0年 进展 1 9 ②评价参与决策的 各影响因素 的重要性 系 数 评价 时采用 0 - I评分法进行两两 比较 表 3 给出 了影响采矿方法选择的 各影 响因素的评分 表 表 4是最终的评定结果 。 表 3影 响因 素重要性 评 定袁 评价 项目 1 墨垒 2 塑 3 堕 4 5 堡 6 总评重 要性 系数 宦值 ⑧确 定 各方案的描足程度系数 。将 各个方 案的指标 A． 两两 比较 ， 得 出比较满足 系数 Y． ， 再 将最 后一 方案 的 系数 定 为 1 ， 修正 其 他方案 的满足程度系数， 求 得修正满足程度系数 t， 将其 标准化 后 即 为满 足程度 系数 ． ， 用数学公 式 即为 ； Y ， A ⋯ ／ A 】 ； 一 【 ； y ／ 丁， J 】 ④计算 各方案 的评价 系数 。将每一影 响固 素 的重 要性系数 w 乘 以方 案对该 因素的满足 程度 系数 ， 然后对其进行 累加 ， 即可得该方案 一 的价值系数 F ． 即 F 己 W． ； 依此容易得到 表 1中所 示 各方案 的评 价 系数 为分 段 法 F 一 0 ． 2 3 ； 阶段 矿房 法 一0 ． 2 7 ； 有底柱 分 段崩 落 法 0 ． 1 9 ； 无底 柱分 段崩 落法 F ． 0 ． 3 0 ； 显 示 ， 由价 值工程 法确 定 的最 优采矿 方案 为无 底 柱分段崩落法 。 价值工 程法 优选采 矿方法 ， 综 合有关 专家 经验进行 o _ 1评分 ， 把定性 问题实现定量 化 ， 把 不可 比项 目化 为可 比项 目， 通过 逐一考察 各影 响因素 使方案的论述较 为全面并给出了方案 决策 的定量 判据 。 但这 种方法受影响因素 ， 指标 的选 取影 响大 ， 应针 对具 体情况 合理选 取参 予 评价的 各指标 因素 该法宜于方案终选 。 2 ． 2 层次分析法 _ { 这种方 法是根据经验事先几种可行 的采矿 方法 ， 并 将影响 采矿方法选 择 的因素按 隶属关 系划分 ， 形成 采矿方法选择 的层 次分析模 型 。 如 图 l所示 。 然后 对模 型中 各因素两两 比较分析 ， 作 出判断矩 阵 ， 扉 后根据特 征 向量 法确 定最终 排序 ， 并 由此选 出最优 的采矿方法 。 采 场 生 产 能 士 Bl 采 准 比 岛 选择最忧采矿方法 A 矿 石 韫 先 塞 B| 矿 石 贫 化 盛 B‘ 全 员 劳 动 生 产 盘 出 矿 军 均 成 盘 B‘ 方案一方粜 二 方 案三 cl q 囝 1 采 矿方 法选 择 层次分 析 模型 构造 判断矩 阵 ， 是 以上层因 素为准则 ， 比较 下层 各因素 的相 对重要性 ， 在 模型 中 各层 固素 分别构成 ≠ 断矩 阵。比较 时 ， 无量 指标用 1 9 比例 标度法 赋值 判断； 数量 指 标则统一 以大 为 优进行 比较 。 层 次分析 法用于 采矿方法选 择 ， 可 将那些 影响采矿方法选择的复杂多因素分解成若干层 简单固素， 然后用数值方法进行比较与分析 ， 使 问题大 为简 化 ， 并 利于计 算机 编程快速做 出决 策 。这是处理多 目标 ， 多准则 多 固素复杂 i 可题 和决策分析的一种简单 、 实用而有效的方法 。 层 次分析法一般用于方案终选 。 维普资讯 20 中国钼业 l 9 9 6 年 4月 2 ． 3 多 臣标决策法 ’ 多 目标决策 法用于采矿方 法选 择的实质就 是 t 列 出参予决策 的各方案 集 中相 应的技术 和 经 济参数 的集 合 ． 对 各种方 案的 不同参数进 行 优 化 选 择 ， 由优化 参 数组成 的方 案为 “ 最 优 方 案” 因优化 参数 存在 于 各个 方案 中， 因此这 里 的“ 最优方案 ” 不是一个具体方案而是一种理想 方案 。 并考虑 各指标 因素在决策 中的重要程度 之后 ． 确定每 一个 方 案与 “ 最优方 案” 的偏离 程 度和综合评价系数 ， 综合评价系数愈小， 则该方 案与“ 最优方 案” 的偏离程度愈小 ， 即越接 近“ 最 优” 的理 想方 案 。 依此确定最优的采矿方法 。 这 种方法具体的实施步骤 为 第一步 建立“ 指标矩 阵” 设方案 ， 一 1 ， 2 ， ⋯ ， n 在 目标 下 的 取值 为 则“ 指 标矩阵 为 A 一 第二步 选取关 于方案的“ 基准方 案” 根 据 具体 目标 又称指 标或 因素 对 “ 基准 方案 ” 选取 对 应于该 因素 中各方案 的最 大值或 最小值作为 基准 方案 的因素 ； 例 如“ 生产能 力 ” 为选取最大指 标值作 为“ 基准方案” 的指标 因素 值 ， 而“ 损 失率 ” 则应选取最小指标值作为“ 基准 方案 ” 的指标因素值 第三步 建立“ 偏离 矩阵” D ， 一 其 中d 一 “ I l“ 第 四步 计算综合评价 系数 C ， 一 1 ， 2 ． ⋯ ， 第五 步 对 f 1 ， 2 ， ⋯ ， 进行 排序并 得 出结论 。 应 用多 目标决策 法优选 采矿 方法 ． 能够 用 方 案的单 项 指标 尽可能最 优 来达到综 合最优 ． 并能 够较 好地考 虑指标 问的相互影 响， 这是其 他方 法所 不及的 。该法 适宜方 案的终选 。 2 ． 4 模糊数学法 _ 8 l 采矿方 法涉及的对 象是 一个 复杂的模糊性 大 系统 ， 因此 ， 对 它的选择也 是一 种模糊决 策 。 目前应用 的模糊数学方 法主要指 按模糊数学 中 的相似优 先 比法和模糊关 系方程 法来选择 采矿 方 法 。 由于每种采矿方法对所给的开采条件都有 不同程度的适应性 。 相似优先 比法 ， 就是通过对 相似程度的计算 ， 求 出其适应程 度大 小的排序 ， 由此选 出一组适合开采条件的 采矿方 案 计 算 相似优先 比． 首先要求 出海 明矩离 d k d 一 I 一 ≈{ ； 一 I 一 I 其 中 X 为固定样本 所给开采条件 的某一 因 素值 ； X 、 和 X ． 分别 为第 ， j种采矿 方 法相 应 的 因素值 。然后求出相似优先 比 一 d ／ d d ． { 而相应 r 1一 ‘ 。 从而得到 模糊关 系矩 阵 R一 ～ 。 依此求 出每个 因素的模糊关 系 矩 阵 ， 然后对 每个 矩 阵按序 由大而小选取 值 ， 将 值与矩阵中各元素比较， 当元素值大于或 等于 值 时， 将元素赋值为 1 。以首 先达 到全 行 为 1的 截 矩阵所对 应的方案与 固定样本最 相 似 ， 记序号为 1 。随 着 降值 ， 逐次 排 出与 各方 案对应 的序号 在 各因素 中所 得序号和数最 小 的方案即 为最优 的采矿方法方 案 。而模糊关 系 方程法是将 各方案有关技术经 济指标排 列成 模 糊 关 系矩阵 R， 然 后根据有关 方 法分配 的 各指 标数值 w ， 建立相 应的模糊关 系方 程 C R ，依此 求得 采矿 方法 评价 向量 c， 其最高 分 值所对应 的方案即 为最佳方 案。模糊相 似优先 比法宜于初选方案 。 模糊 数学 法是通过 引入模 糊集 合 ， 隶属 函 数等 ， 用数学方 法定量地描 述 采矿方法 选择 的 模糊 决策 问题 ． 从而 能借 助计 算机进行 系统 优 选 对于如何建立合理 的因素集及隶属 函数 形 式 ， 仍有待于深入研究 。 2 ． 5 灰色关联法 这 种 方法 与 模糊 相似 优先 比法 的思 路 相 似 ， 可 以说两者具有异 曲同工之处 。 不同之处 就 是灰色关联法是通过求取某一 具体 开采条件 的 矿床与另一些 已知开采方案的开采条件相关联 的程度 即关联 系数 来求取相似 度。其 中相 关 联的程度 即关联 系数 大 的所 对应的开采方 案 即 为某一矿床 的最 优的采矿方 法方案 。 灰色关联法的 突出优点就 是摆脱 了前述 各 种数值方法 中所涉及的 各个指 标因素的数值分 维普资讯 第 2 O 卷 第 2 期 魏一 鸣 地 下矿 采矿方 法 优化选 择 的 l o年进 屣 ‘2 1 配的计算 。这种方法 用于 采矿方法 的初选 可充 分利用 系统 内部 的“ 灰色 ” 信 息。 3智能决 策法 3 ． 1 专 家系统方法 “ 专家 系统实 质上 是一个 拥有大量专门知识 与经验的计算机程序系统 。 它借 助逻 辑推理 ， 仿 照专家那 样去解决 困难 的问题 。传统的选择方 法是根 据矿床 地质 和矿 山开 采技术经 济条件 ， 经推理 分析 和必要 的计算而定 。这一过程完全 可用专家 系统方法来 实现 。 用于采矿方法 选择的专家系统是根据矿床 条件 初步 选择 出一组 采矿方法 ， 为进 一步优 选 提 高可靠的依据 。 它 由知识库 、 数据库、 推理机 、 解 释部分 、 知识 获取 等部分 组成 。 采矿方法 选择专家 系统 中的知识 来源于专 家、 教科书、 专业文献及设计手册、 规程等 。 将这 些 知识 进行 归纳 总结 之后 ， 选 择某种知 识 的表 达方法存储到计算机 中形成知识库 。关于矿床 赋存条件 ， 开 采技术条件等静态 事实 ， 在起始数 据管理 中用谓 词逻 辑进 行了描述 ， 例如 r d - a n g l e o f - o r e b o d y X 一 a n g l e o f - o r e h o d y LI S T2 ， me n u 1 0 ，6 0 ，“ 矿 体 倾 角 ” ，L I S T2 ， CHOI CE ， ma k e wi n d O W 3， 7 ， ， 1 0， 6 0 ， 1 3， 1 9 ， i n d e x LI S T2， CHOI CE， X 而专 家经验 和 知识 以及专 门领域的理论 知 识 ， 则 用 I F⋯ THE N 的 形 式 来 表 达 ， 用 Tu r b o P r o l o g语言表示形如 mi n i n g me t h o d “ 普通全面法 ” Co n d i t i o n h dl ， 0 ． 1 3 ， Co n d i t i o n q g 2， 0 ． 1 5 ， C0 n d i t i o n k t f 1， 0 ． 2 ． 专家 系统方法通常 用于采矿方法初选 。而 其 中技经 指标 获取方 法 有多种 ， 文献 [ 1 0 ] 介 绍 了用模糊数学方法来获取指标， 文献 [ 1 1 ] 介绍 了用神经网络来获取指标。这种方法的突出特 点就是根据现有 的采矿方法 选择的知识和经验 准则 ， 构造知识库， 一旦给出新的条件能应用计 算机快速 优选 出一组可行的采矿方法 。 3 ． 2 神经 网络方法 入工神经网络是试图模仿 生物神经系统的 工 作而建 立的一种 信 息处理 系统 ， 由大量 简单 元件广泛相互连接 而成的复杂网络 。具有高度 非线性 ， 自学习， 动态处理， 联想记忆 ， 容错性等 特征 。人工神经元网络在输入数据含有噪声的 情况下也能较好地工作 。应用神经 网络的这些 特征 ， 针对采 矿方法选 择 中知 识不完 善和 矿床 地质 特征信 息缺乏 等 特点 ， 文献 [ 1 2 J 建 立 了一 个 基于神经 网络的 自适应模式识别系境 。在这 个 识别 系统 中 ， 模式识别工作分三步进行 。 ①从积 累的大 量采矿工程实例 中选择代表 性 强的作 为网络学 习样 本 ， 通 过 网络 自学 习建 立各种矿床 地质 特征一 一采矿方法 模式对 。 ②待 识别矿 山的矿床地质特征数据经预处 理 ， 作 为训 练的 网络的输入数据 ， 利用学得的知 识和训练 的 网络 结构进 行模 式匹配 ， 识 别出合 理的采矿方法及该采矿方法的主要技术经济指 标和材料 消耗 。 ③模 式求 精 ， 即随 着采矿工 程实 践 的不 断 深入 ， 将新的工 程实例 加入到 网络 的学 习样本 库 中， 让 网络连 续学 习， 使 模 式得 到 求精 和增 广 。 图 2给出了用于采矿方法识 别的神经网络 结构 ， 其 中 X一 x l ， x 2 ， ⋯ ， x 2 。 及 Y一 y y ⋯ ， y 分别 表示矿 床开采 的条 件和特 征 以及 采矿方法 方案和相关指标 参 见文献[ 1 2 ] 。 这种方法 的突出特点就 是可以尽可能多地 把各种定性定 量的矿 床地质 特征因素作为变量 加以输入 ， 输入数据可 以是含有 噪声 的 ， 残缺不 全 的 ， 因而其适应性强 另外 ， 由于神经网络可 以从工 程实例 中学 习采 矿方法选 择 的知识 ， 从 而较 好地解决了建 立采矿方法选择专家系统时 的知识 获取 “ 瓶颈 ” 问胚 。 4展 望及 结语 采矿方法 优化决策 已经过 了近 1 O年的发 展， 先前的 5 年基本上属于数值决策阶段， 而最 近的 5年是智能决策发展阶段 。这些方法的 出 维普资讯 2 2 中国钼业 1 9 9 6 年 4月 图 2 用于采 矿方 法识 别 的 网络 结构 现大大 地推 动 了采矿方法 选择 的科学 化进 程 为采矿方法选 择全面实现 计算机 化 ， 自动化积 累了许多值得借 鉴的经验 。 随着计算机技术 、 人 工智能技术 、 C AD 技术以及 各种软科学技术 的 进一步发展． 未来的采矿方法优化选择系统将 是 基数据 库、 图形库 、 模型库和 知识 库的组台设 计计算机系统。这种系统将借助计算机解决复 杂 的采矿设 计问题 以及可行性 阶段的采矿方 法 选 择问题 。 参 考 文献 1 张 善锦 ．数 值 方 法 在采 矿 方 法 选择 中应 用 ．有 色 金 属 ， 1 9 8 8 1 7 ～ 1 3 ． 2黄 志伟 我 国 采 矿方 法 的 数值 优 化 选 择 一长 抄 矿 山研完 院季刊 ， ] 9 9 0 3 5 7 ～ 6 2 r 3张 志礼 ．价值 工 程方 案 评 价 法 在采 矿 方 法技 术 经 济 分析 中应用 ．有色 金 属 矿 山部分 t 1 9 8 7 1 1 8 ～ 22 ． 4刘 华 生 ．层 次 分 析 法在 采 矿 方 法选 择 中应用 -有 色 金属 ． 1 9 9 1 3 ； 1 7 ～2 1 ． 5黄 志伟 ． 老 坑 采矿 方 法 的数 值 优化 选 择 ．长 抄 矿 山研 究 院季刊 ， 1 9 8 8 4 4 0 4 4 ． 6余 仲芳 ．采 矿 方法 选 择 的 多 目标 凌 策 ．化 工 矿 山 技术 ． 1 9 8 6 1 ； 1 0 ～1 4 ． 7魏一 鸣 ．采 矿方 法 选 择 的 综合 评 价 决策 ．昆明 工 学 院学 报 ． ] 9 9 3 2 1 1 ～1 6 ． 8云庆夏 采 矿 方 法选 择 中 的模 糊 决 策 ．化 工 矿 山 技术 ， 1 9 8 6 5 7 ～1 0 ． 9魏一 鸣 ．模 糊 决 策 在采 矿方 法选 择 中 的应 用 ．新 疆 有色金 属 ， 1 9 9 3 3 1 1 ～1 6 ． 1 0 云 庆 夏 ．采 矿 方 法 选 择 专 家 系统 ．金 属 矿 山 ， 1 9 8 9 8 4 ～ 8 ． 1 1 魏 一 呜 ． 基 于 神 经 网络 的采矿 方 法选 择专 家 系统 研 制 ．中 国锰 业 ， ] 9 9 4 6 1 0 1 4 ． 1 2 冯夏 庭 ．地下 采矿 方 法 合理识 别 的 人工神 经 网络 模 型 ．金属 矿 山 ， 1 9 9 4 3 7 ～n ． 1 9 9 5 ， 0 7 ， 0 8收 稿 作者 简介魏 一呜 ． 北 京科 技大 学博 士生 。 童光 煦 ， 北 京科技 大学 教授 ． 博 士 生导师 。 r ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 F ‘ ； l 1百不 i “ 掺杂钼丝的显微组织与强化” 一文 中国钼 { 而应将该图改成图3 d 1 9 7 3 k 退火组 织 ， 原图3 d { 摘 登 业 l 9 9 6 年第1 期 中图3 a 并非加态组织， l 应删去， 请予以 更正， 并向读者致歉 { 蒋叶金1 0 ／ Ⅲ ， 1 9 9 6 { 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一一 I - 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