灰色决策在采矿方法优选中的应用.pdf

第 1 9卷第 2期 2 01 0年 6月 矿 冶 MI NI NG ＆ ME T AL L URGY Vo 1 ．1 9，No ． 2 J u n e 2 0 1 0 文章编号 1 0 0 5 7 8 5 4 2 0 1 0 0 2 0 0 1 8 0 3 灰色决策在采矿方法优选 中的应用 李春辉 ， 陈 日辉 ， 苏恒瑜 1 ．昆明理 工大 学 国土 资源工程 学 院， 昆明 6 5 0 0 9 3 ； 2 ．贵州 省矿 山安全 科学研 究院 ，贵 阳 5 5 0 0 2 5 摘 要采用灰色系统理论中的灰色决策方法对采矿方法的优选进行了分析决策。通过数学模型对 各个目标的量化 ， 得 出了各个方案中的效果测度值 ， 为方案的优选提供了科学可靠的理论依据。结果表 明 ， 该 方 法 科 学 、 简单 、 具 有 很 强 的实 用 价 值 ， 为 方案 的优 选 提 供 了 切 实可 行 的 方 法 。 关键 词 灰色决策 ； 采矿方法 ； 效果测度 中图 分 类 号 T D 8 0 文 献标 识 码 A AP PL I CAT I ON 0F GREY DECI S I ON I N 0P TI MI ZAT 1 0N OF MI NI NG M ETHOD LI Ch u n h u i ，CHEN Ri hu i ， S U He n g yu 1 ． F a c u l t y o f L a n d R e s o u r c e E n g i n e e r i n g，K u n mi 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 ， Ku n mi n g 6 5 0 0 9 3，C h i n a ；2 ． G u i z h o u Mi n e S a f e t y S c i e n t ific R e s e a r c h I n s t i t u t e ， G u i y a n g 5 5 0 0 2 5， C h i n a ABS TRACT Th e p a p e r a na l y s e s o p t i mi z a t i o n o f mi n i n g me t ho d b y ma k e u s e o f t h e g r e y d e c i s i o n me t h o d o f g r e y s y s t e m t he o r y ． Ba s e d o n qu a n t i z a t i o n o f e a c h t a r g e t s b y ma t he ma t i c a l mo d e l ，me a s ur e r e s u l t s o f e v e r y p r o g r a m i s o b t a i n e d，whi c h p r o v i d e s t h e s c i e n t i f i c a n d r e l i a b l e t he o r e t i c a l ba s i s f o r o p t i mi z a t i o n o f mi ni n g me t h o d ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h i s me t h o d i s s c i e n t i f i c， s i mp l e a n d s t r o n g p r a c t i c a l v a l u e ， a n d p r o v i d e s t h e p r a c t i c a l me t h o d for o p t i mi - z a t i o n o f p r o g r a m． KEY W ORDSg r e y d e c i s i o n；mi n i n g me t h o d；me a s u r e r e s u l t s 采 矿方法 的合理 选择对 矿床 的地下 开采具 有重 要的 意义 。采 矿方 法 的合 理 、 正 确 与否 直接 关 系着 企业 能否正常投 产 和企 业 的经 济 效 益 ， 它 不但 影 响 矿 山 的生产 规模 、 矿 石 的损 失 率 、 劳 动生 产 率 、 贫 化 率 、 劳动成本 ， 更重 要 的是 与企业 的安 全生产 息息相 关 。 目前 ， 采 矿方 法 的选 择 主要 依 靠 技术 经 济 上 的 比较 进行选 择 ， 这种 方法局 限性 比较大 ， 计算 量 比较 复杂 ， 可靠性 不高 ， 由于采矿 方法 的选择 由诸多 相互 关联 、 相 互制 约的不 确 定 因 素共 同 决定 ， 因此 ， 我 们 必须在 采矿方 法的选 择上探 索新方 法 、 另辟 蹊径 ， 找 到一个更 加合理 可靠 的评价 方法 。 灰 色系统理 论 由 我 国学 者邓 聚龙 教授 在 2 0世 纪 8 0年代创立， 以“ 部分信息已知 ， 部分信息未知” 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 0 9 作 者 简 介 李 春 辉 ， 硕 士 研 究 生 ， 研 究方 向为 通 风 安 全 。 的小样本 、 “ 贫信 息 ” 不 确定 性 系统 为 研 究 对 象 ， 通 过对 “ 部分 ” 已 知信 息 的生 成 、 开 发 ， 提 取 有 价 值 的 信息 ， 实现 对系统 运行 行为 、 演化规 律 的正 确描述 和 有效控 制 ， 现 在 已 经广 泛 地用 于社 会各 个 领 域 。本 文通过 灰 色系统 理论 中的灰 色决 策 建立 数 学模 型 ， 用定量 化 的方 法评 价 了采矿 方 法 中的各 个 指标 ， 为 采 矿方 法的合理 选择 提供 了可靠 的科 学依据 。 1 灰 色决策的数 学模型 灰色 决策是 在决 策模 型 中含 灰元或 一般决 策模 型与 灰色模 型相 结合 的情 况 下进 行 的 决策 ， 重 点 研 究方 案 的选 择 问题 ， 本 文 主要 研究 采 矿 方 法 的选 择 问题 。 1 ． 1基 本概念 设 A a 。 ， a ， ⋯ ， a 为事件 集 ； B b 。 ， b ， ⋯ ，b 为对策 集 ； S { S a 。 ， b I a 。 ∈A， b f ∈ 李春辉 等 灰色决策在采 矿方法优选中的应用 } 为 局势 集 ； M i1 ， 2 ， ⋯ ， n ， 1 ， 2 ， ⋯ ， m为 局势 s ∈S在 目标下的效果样本值。 每种 局 势 都 有相 应 的效 果 ， 为 了 使各 局 势 的 效 果能 够 比较 ， 提 出了三种 效果 测 度 ， 用 r 表示 如下 上 限效果 测度 下 限效果 测度 rai n mi n “ ， r “ 适 中效果测 度 、 『 上 0 ， O 『 上 。‘ ” { ‘ 一 0 ，。 ”l 其 中 u ’ 为 k目标下 的指 定效 果适 中值 。 上限 效果测 度 反映 了效 果样 本值 与最 大效 果样 本值 的偏 离程度 ， 下 限效 果 测 度 反 映 了效 果 样 本 值 与最小 效果 样本 值 的 偏 离 程 度 ， 适 中效 果测 度 反 映 了效果 样本 值 与指 定 的效 果适 中值 的偏离 程度 。在 灰色决 策 中 ， 对 于希 望效 果样 本值 “ 越 大越 好 ” 的 目 标 ， 可 采用 上 限效果 测 度 ； 对 于 希 望效 果 样 本 值 “ 越 小越好 ” 的 目标 ， 可 采用 下 限效 果 测度 ； 对 于希 望 效 果 样本 值 “ 既不 太大 又不 太 小 ” 的 目标 ， 可采 用 适 中 效果测 度 。 本 文 中贫化 率 、 损 失 率 、 采 切 比 、 采 矿 成 本 采 用 下限效 果测 度 ， 安 全 程度 、 劳 动条件 、 劳 动生 产率 、 工 艺复杂 程度 和机 械化 程度 采用 上 限效果 测度 。 1 ． 2灰 色 决策 的一般 步骤 针 对 某一 系统 的 灰 色决 策 问 题 ， 可按 如下 步 骤 进 行灰 色预 测 1 根据 给 出 的事 件 集 A n ． ， o ， ⋯ ， 。 和 对 策集 B b ， ， b ， ⋯ ， b 构造 局势 集 S { s 0 ， b ， IⅡ ∈A， b ， ∈ B}； 2 确定 决策 目标 k1 ， 2 ⋯ ， 。并 计算 出各 个 目标下 的 白化值 ； 3 根据 具 体 的系 统 目标 性 质 ， 采 用 相 应 的效 果 测度 ， 求 出对应 的不 同 目标 下 局 势 的 效果 样 本 测 度 。 4 将 多 目标 问题 转 化 为 单 目标 ， 按 最 佳 效 果 选 出最佳 的效 果局 势 ， 进行 系统 的决策 。 2 实例 的 应 用 2 ． 1考核 目标 的 白化值 下 面举例 说 明灰色 决策 在采 矿方 法 的选 择上 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 中段均 厚达 1 0 0 m， 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 。 为 了确 定合 理 的采 矿方 法 ， 使 企业 的开 采 安全 条件 和经 济效益 最 大化 ， 投 资成 本最 小化 ， 根据 上述 的采矿 技术 基础 资 料 ， 确 定 了 5种 开 采 方 法 以供 选 择 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 和 上 向水 平 分 层 充 填 法 。 以下将 采用 灰色 决策 的方法 选 出最优 方案 。 针 对 采矿 方 法 ， 确 定 了 9个 考 核 目标 来衡 量 采 矿方法 的合 理性 ， 各个 考核 目标 的 白化值见 表 1 表 1考核 指 标 的 白化 值 表 Ta bl e 1 The whi t e ni n g d a t a o f a s s e s s me nt i n de x e s 贫化率／ ％ 损 失率／ ％ 采 切 比 ／ m k t 劳 动 生产 率 ／ t 人 采矿成本／ 元 t 安 全程度／ 分数 劳动条件／ 分数 工艺 复杂 程 度 ／ 分 数 机械 化 程 度 ／ 分 数 3O 9． 5 1l 7 O 8 ． 5 l 0 1 O 1 0 1 0 2 ． 2 目标 的效果 测度 计算 上述 的考 核 目标 中 贫化 率 、 损 失 率 、 采 切 比、 采 5 2 口 ， ∞ 如 m 8 2 2 O 5 0 O 0 加 m m 5 5 4 8 2 2 4 强 2 2 2 2 2 0 矿 冶 矿 成本 的取 值越 小 越 好 ， 因 此 采 用 下 限 效 果 测 度 。 劳 动生产 率 、 安全 程 度 、 劳动 条 件 、 工艺 复 杂程 度 和 机械 化程度 的取值 越 大越 好 ， 因此采 用 上 限效 果 测 度 。由表 1 计 算各 目标的效 果测度 如下 1 贫化率效果测度集 r ’ ， r ， r ； ， r ， r 1 ， 0 ． 1 7 6 ， 0 ． 2 5 7 ， 0 ． 1 5 ， 0 ． 2 3 1 ； 2 损失率效果测度集 r ， r ， r 13 ， r ， r 0 ． 3 4 3， 0 ． 1 0 4， 0 ． 0 6， 0 ． 1 2 6， 1 ； 3 采切 比效果测度集 r ， r ， r ， r ， r 0 ． 1 0 9 ， 0 ． 1 2 ， 0 ． 4 ， 0 ． 2 7 3 ， 1 ； 4 劳 动 生 产 率 效 果 测 度 集 r ， r ， r ， r ， r 0 ． 0 6， 0 ． 4 2， 0 ． 2 4， 1 ， 0 ． 5 7 1 ； 5 采矿成本效果测度集 r 5 ] ， r ， r ， r ， r o ． 3 0 2 ， 0 ． 7 7 3， 0 ． 7 7 3， 1 ， 0 ． 2 8 3； 6 安全程度效果测度集 r ， r ， r ； ， r ， r 0 ． 2， 0 ． 8， 1 ， 1 ， 1 ； 7 劳 动条 件 效果 测 度 集 r ， r ， r ， r ’ ， r 0 ． 2， 0 ． 2 ， 0 ． 8， 1 ， 0 ． 8 ； 8 工艺复杂程度效果测度集 r ， r ， r ， 0 ． 2 9 0 ， 0 ， 3 5 5 ， 0 ． 6 1 4 ， 0 ． 7 2 8 ， 0 ． 5 8 7 。 由综 合效 果测度 集可知 r 。 r 。 r ， r ， 2 r 。 。 ， 上述 的分析表明 方案 i v即有底柱阶段崩落法 的采 矿方法 为最优 ， 其 次是 方案 i i i 即无底 柱 分段 崩 落法 ， 方案 i即分 层崩 落法最 差 。 3 结 语 1 灰 色决 策 对 采 矿 方 案 的 决 策 结 果 科 学 可 靠 ， 能够 直观 真实地 决策 出最优方 案 ， 克 服了传统 上 通 过技术 经济 决策 的 弊端 ， 为优 化 方案 提供 了新 的 思路， 具有广泛的实用价值。 2 灰 色决策通 过 对原 始数 据 的处 理和 利用 数 学模 型计算 方案 中各 个 目标 下 的 效果 测 度 ， 将 方 案 中的各个指 标合 理地 量 化 ， 为方 案 的优 选 提 供 了科 学可靠 的新方 法 。 3 灰色 预 测 的数 学 模 型 简单 ， 要 求 的原 始 数 据 较少 ， 计算 过程 简单 ， 易于 掌 握 ， 决策 的结果 为 企 业 经济效 益最 大化 、 成 本 的最 低 化 和安 全 生产 提供 了科 学 的理论依 据 。 r ， 。 。 ⋯⋯⋯ 参 考文献 9 机 械 化 程 度 效 果 测 度 集 r ， r ， r ， ’ ‘ r ， r 0 ． 2 ， 0 ． 4 ， 1 ， 1 ， 0 ． 2 ； [ 1 ]邓聚龙 灰色预测与决策[ M ] 武汉 华中理工大学出 采 用均值 法将各个 目标 的效果测 度综 合为单个 目标 的效果测 度集 ， 采 用如下 的计算公 式 9 ∑r r 生 1 L 式 中 r 一 第 方案综 合效果 测度 ； r 一 第 在 目标下 的效果测 度 ； 1 0 综 合 效 果 测 度 集 r ． ． ， r l ， r r r 版社 ， I 9 8 7 ． [ 2 ]刘思 峰， 谢 乃 明 ．灰色 系统理论及其 应用 [ M] ．北 京 科学 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ]陈 日辉 ， 熊大 民 ．灰色关联 分析法在采矿方法 优选中的 应用 [ J ] ．云南冶金 ， 2 0 0 2 ， 8 4 7 8 ． [ 4 ]杨娟 ， 沈汉年 ．灰色决 策法在矿井通风系统设计 中的应 用[ J ] ．工业安全与防尘 1 9 9 7 1 7 8 ．