基于粗糙模糊集理论的采矿方法优选.pdf

I S S N l 6 7l一2 9 0 0 C N 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技术第 8卷第4期 Mi n i n g T e c h n o l o g y，V o 1 ． 8， No ． 4 2 0 0 8年 7月 J u l y 2 0 0 8 基 于 粗 糙 模 糊 集 理 论 的 采 矿 方 法 优 选 柳 小 胜 1 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 权值确定的主观性是制约模糊数学选择采矿方法的关键 因素 ， 而粗糙集理论 以数 据驱动来进行分类， 数 学上十分严密， 更具客观性。提 出用粗糙模糊 集理论 选择 采矿 方 法 ， 利用粗糙集理论确定影响采矿方法优劣的各属性权值、 模糊集理论对各采矿方法进行 综合评判。通过实例 ， 证明了粗糙模糊集理论在优化选择 采矿方法时的科 学性和客观性。 关键词 采矿方法； 粗糙模糊集理论 ； 权值； 综合评判 0 引 言 目前 ， 以计算机技术 和数学方法 为核心的数值 优选法在采矿方法选择 中已得到广泛应用 ， 据初步 统计⋯ ， 各种采矿方法选择方法 已超过 l O种。在众 多的数值优选方法中， 模糊数学的综合评判法既能 达到明显的比较效果 ， 又符合人类的思维模式 ， 应用 最为广泛。但权值确定是模糊综合评判的关键和难 点， 各种确定方法都存在一定的缺陷或不足， 如专家 咨询的致命 弱点是过分依赖专 家的主观判断 和经 验 ； 相关分析法 、 误差和最小法是基于统计理论 的方 法 ， 有时计算量很大 ， 甚至还需要数值计算方法近似 计算。基于灰色理论、 人工神经网络、 遗传算法、 小 波分析等的权系数确定方法一般最终仍需要求解误 差和最小问题。而权值直接影响综合评判 的结果 ， 甚至本末倒置， 因此， 权值确定已成为制约模糊数学 综合评判应用 的关键因素。 模糊集理论、 粗糙集理论都是处理不确定问题 的强有力的工具 J 。后者在处理不确定 问题时无 需提供问题所需处理的数据集合之外的任何先验信 息 ， 但是它未能包含例如模糊集理论所具有的处理 不精确或不确定原始数据的机制 。 当应用综合评判处理不确定问题时， 可将两理 论相结合 ， 优势互补 ， 形成粗糙模糊集理论 。在应用 模糊数学理论的综合评判 B A R 时， 各方法的 相对选择率矩 阵受制于权矩阵和模糊关系隶属度矩 阵， 传统模糊理论综合评判的权矩阵存在一定缺陷， 而粗糙集理论应用分类 ， 将知识库 中的知识进行约 简， 求出其在知识库中的重要性 ， 也就是各要素在知 识库中的权值， 这样便可得到完全靠历史数据驱动 的客观、 科学的权值。利用粗糙模糊集理论进行综 合评判的主要步骤为 数据获取、 数据预处理 、 属性 约简、 决策属性分类、 条件詹陛分类、 支持度计算、 属 性重要度计算 、 隶属度计算 、 综合评判。 l 矿床开采条件和采矿方法初选 1 1 矿体的开采技术条件 某石膏矿有 两层矿 ， 上层矿 厚度 为 6～1 4 ． 4 1 m， 平均 9 ． 1 8 m， 下层 矿厚度为 6～l 2 ． 7 4 m， 平 均 8 ． 1 7 m。两矿层 上下平行 ， 产状一 致 ， 间距 为 1 ． 9 9 ～ 6 ． 5 3 m， 矿体走向长 1 5 0 0 m， 宽 1 2 0 0 m， 倾角 l O 。 ～ l 4 。 。矿体顶底板和夹层 均为含膏泥 岩或贫石膏 矿 ， 少量砂质泥岩。该石膏矿矿体硬度 系数f4～ 6 ， 顶板泥岩 2 。矿床水文地质条件中等， 矿体距 地表约 3 0 0 m， 地表允许崩落。 1 ． 2 可选择的采矿方法 根据矿体开采技术条件、 国内外现有石膏矿 山 的开采方法， 以及选择采矿方法的原则， 适合于矿床 开采的采矿方法有 分层房柱采矿法和分层矿房 嗣 后崩落采矿法 。 1 分层房柱采矿法。井田被各上山和中段分 割为矿块 ， 即盘区， 每个 盘区边界各 留 1 0 m宽的区 间矿柱 ， 将矿层顶底各 1 m及矿层间废石 留作层 间 矿柱 ， 各矿层分层开采。盘区内矿房宽 4 m， 矿柱宽 4 m， 两矿柱 间距 4 m。矿厚小于或等于 8 m时， 全 矿层一次回采； 矿厚大于 8 m时， 将矿体分为上下两 层进行分层回采 ， 分层间留3 m以上的护顶矿柱 ， 自 上而下顺序回采， 上下矿层的矿柱一一对应。 回采工作 自盘区下部沿脉运输平巷开始往上打 倾斜进路 ， 沿矿体倾向推进。采用电煤钻打眼， 楔形 维普资讯 2 采矿技朱 掏槽 ， 电甫管 一导爆管雷管起爆 。矿石 由电耙直接 耙入矿车， 其主要技术经济指标见表 1 。 表 1 采矿方法方案技术经济 比较 h - 2 I 荣 m 3／kt 采 矿 业 储 年 产 量 。 寐 贫 化 率 采 掘 比 万 t 万 t J贝 ％ 季 亲热耋 翕 元／ t 万 t 元／ t 万元 万元 注 “ 价格按 6 5 J K ／ t 算 ， 地 表搬迁 及新开 拓系统 费用 包括在 采矿制造成本 { 2 分层矿房嗣后崩落采矿法。井田被各上山 和中段分割为矿块 ， 即盘 区， 每个 盘区边 界各留 1 0 m宽的区问矿柱。矿房 进路或采场 宽 3 m， 矿柱 大小约为 4 m3 m， 两相邻矿柱之间的通路均为 3 m3 m。高小于或 等于 8 m， 即矿 厚小于或等于 8 m时， 全矿层一次回采 ； 矿厚大于 8 m时 ， 将矿体分 为 上下两层进行分层回采 ， 分层间留2～ 3 1 1 q 的护顶 矿柱 ， 自上而下顺序 回采。下层矿嗣后上层矿 4个 月回采 ， 走向上从两翼到中央后退式回采。 矿房之间留间断式 临时矿柱支撑顶板 ， 嗣后崩 落， 释放地压。正常放顶距 6 m， 控顶距 6～ 5 4 m， 悬 顶距 1 2～ 6 6 m， 放顶方式是将间断式矿柱一次爆破 掉。采用 电煤 钻打眼 ， 电雷管 一导爆管雷管起爆。 矿石由电耙直 接耙入矿 车 ， 主要技 术 经济 指标见 表 1 2 粗糙模糊集在采矿方法优选 中的应用 从表 1可知， 分层房柱采矿法年产 6 0万 t 和分 层矿房嗣后崩落采矿法年产 9 0万 t 所产生的总体 效益差不多。分层矿房嗣后崩落采矿法崩落顶板 ， 其安全性较好 ， 资源 回收率高 ， 但对地表环境有一定 影响； 而分层房柱采矿法未处理空区 ， 地表、 地下采 场存在安全 隐患。因此 ， 两采矿法各有千秋， 为权衡 利弊， 综合评判两采矿方法的优缺点 ， 现利用粗糙模 糊集理论进行综合评判。 根据文献 ] ， 获得如下数据库 见表 2 。该数 据库的原始数据源 自矿山行业期 刊 、 会议论文 以及 采矿专业的教材 ， 将 国内外部分典型矿 山正在使用 或曾经使用的采矿方法进行分析 ， 考察其优劣 。将 每个矿山应 用的某种采矿方法同应用的其他采矿方 法在贫化率 、 损失率 、 机械化 、 生产效率 、 安全性 、 环 保 、 效益 ， 以及其总体适应性在本矿进行纵 向比较 ， 用好、 中、 差三等表示， 数值化为3 ， 2 ， 1 。 表 2 经典采矿方法评价 数字化表 贫化损失机械生产效安伞环保效益适应 ’ 率 o 率 b 化 c 率 d 性 e ， g 性 h 对于表 2构成的知识表 ， 首先进行约减 ， 再进行 支持度、 重要性计算 ， 并归一化 。贫化率 、 损失率 、 生 产效率、 安全性 、 环保 、 效益在整个系统 中的重要性 ， 其权值 依 次 为 0 ． 1 0 8 1 ， 0 ． 1 3 5 1 ， 0 ． 1 6 2 2 ， 0 ． 2 1 6 2 ， 0 ． 1 6 2 2 ， 0 ． 2 1 6 2 ， 即安全性、 效益是最重要的， 其次为 生产效率和环保 ， 机械化在数据约减时被约减。 对于该 石膏矿 评判 指标 的隶 属 度 ， 参照 文献 [ 7 ] 进行无量纲化处理 ， 结果见表 3 。 根据模糊数学 的综合评判方法 BA R ， 对 两采矿方 法进行综合评 判。其相 对选择率分 别为 0 ． 6 0 7 0 ， 0 ． 6 4 8 8 ， 即分层矿房嗣后崩落采矿法 的相对 选择率要明显高于分层房柱采矿法。 3 3 3 3 3 3 2 1 2 2 2 3 2 1 2 3 2 3 3 3 3 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 2 3 2 3 2 3 3 3 1 3 3 1 3 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 1 1 2 2 2 1 2 2 2 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 3 1 1 2 2 2 1 2 2 2 2 3 2 3 2 2 3 2 2 1 2 1 3 1 2 3 3 2 2 3 3 3 1 3 1 3 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 1 3 2 2 3 山 懈 川 邮 Ⅲ 州 维普资讯 柳小胜 基 于粗糙模糊集理论 的采矿 方法优 选 两种截然不同的采矿方法经济效益差不多， 甚 至分层房柱采矿法年产量小 、 企业年利润高 、 追加投 资回收期短 、 投资收益率高。按照传统 的采矿方法 选择方法， 这就是最好的采矿方法。但现在所追求 的是以人为本 的综合效益 ， 除了经济 ， 安全 、 环保 、 工 作环境等也很重要 ， 从影响综合社会效益 的各个 方 面权衡两采矿方法效果 ， 分层 矿房嗣后崩落采矿法 加强了资源节约和综合利用 ， 从经济效益 和社会效 益之间找到了切合点， 达到了资源 一环境 一经济发 展的动态平衡和矿产资源 的可持续供应 。因此 ， 最 适宜的采矿法为分层矿房嗣后崩落采矿法。 表 3 两种方案的指标因素 采矿 贫化 损失 机械生产效安全环保 效益 方法 率 Ⅱ 率 b 化 C 率 d 性 e ， g 3 结 论 优劣的各属性权值进行分析计算， 为采矿方法综合 评判客观化提供 了新途径 。并通过某石膏矿的采矿 方法选择， 证明了该系统的科学性、 客观性和简单实 用性。但这是一个雏形， 是矿山系统优化、 数字化的 一 个初步探讨 ， 其不足之处将在 以后 的研究和应用 中进一步完善 。 本文承蒙宋嘉栋教授指导， 在此表示感谢 参考文献 [ 1 ] 陈建宏 ， 林成义． 采矿方法数值优化选择的直观表示法 蜘 蛛 图法 [ J ] ． 有色金属 矿山部分 ， 1 9 9 9， 6 1 2～l 4 ． [ 2 ] Z P a w l a k ． R o u g h S e t s [ J ] ． I n t e ma t i o n al J o u rnal o f C o m p u t e r S c i e n c e s， 1 9 8 2， 1 1 3 41～3 5 6． [ 3 ] 张文修， 梁怡 ， 吴伟志． 信息系统与知识发现[ M] ． 北京 科 学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ] Z P a w l a k ． R o u g h S e t sT h e o r e t i c a l A s p e c t s o f R e a s o n i n g a b o u t D a t a [ M] ． D o r d r e c h t K l u w e r A c a d e mi c P u b l i s h e r s ， 1 9 9 1 ． [ 5 ] 赵显桥 ， 曹欣玉 ， 兰泽全 ， 等． 基于粗集理论 的煤灰结渣模糊综 合评判权系数确定方法研究[ J ] ． 煤炭学 报 ， 2 0 0 4， 2 2 2 2～ 2 2 5． [ 6] 柳小胜． 基于粗糙模糊集理论的某石膏矿采矿方法研究 [ D] ． 长沙 长沙矿山研究院 ， 2 0 0 6 ． [ 7] 柳小胜 ， 宋嘉栋 ， 褚洪涛． 基于模糊 集 的露 天边坡 台阶矿柱采 矿方法选择 [ J ] ． 矿业研究与开 发 ， 2 0 0 6， 2 2 2～2 3 ． 本文针对 目前模糊数学综合评判选择采矿方法 时权值确定的不足， 提出用粗糙模糊集理论选择采 收稿日 期 2 0 0 8 0 5 2 9 矿方法。尤其是应用粗糙集理论， 以国内外具有代 作者简 介 柳小胜 1 9 8 0 一 ， 男， 工学 硕士， 工程师， 主要从 表性矿山的采矿方法 为原始数据 ， 对影响采 矿方法 事采矿工程技术研究、 设计、 咨询工作。 甘 肃 张 掖 着 手 开 发 钨 钼 资 源 以农业生产闻名的甘肃张掖市提出， 要发挥钨钼资源优势， 将本地区建成全省乃至全国重要的有色金属工业基地。 张掖市矿产资源富集， 是国土资源部确定的全国l 2个重点找矿区之一， 是铁、 铜、 钨、 钼、 铅、 锌、 金等矿产的主要成 矿带。 目前全市境内发现并评价的矿种共 3 3种， 已发现矿床及矿化点 3 7 0多处， 具有成矿价值的 l 5 l处， 其 中黑色金属 矿 4 6处， 有色金属矿4 9处， 贵金属矿 6处。初步探明的主要矿种远景资源量为钨 金属量 5 0万t ， 钼 金属量 1 0 2万t ． 铁 8 9 3 0 8万t 。这些矿产资源分布较为集中， 西起肃南祁青、 东至寺大隆一带的西南部沿祁连山多金属成矿带， 是全市矿 产资源最为富集的区域。位于西段的祁青地区是钨、 钼、 铁、 铅、 锌等矿产资源的集 中区， 位于东段的错沟至大岔牧场一 带铜矿和铁矿的分布比较集中， 十分有利于围绕若干优势矿种形成采、 选、 冶、 加工为一体的产业体系。 目前， 张掖市丰富的钨钼矿产资源， 正在引起越来越 多业内人士的关注。 伊 犁 加 快 矿 产 资 源 勘 探 开 发 步 伐 新疆维吾 尔自治区伊犁州地处天山西部重要成矿带， 铜、 镍、 铅、 锌、 铁、 金等矿产资源十分丰富。按照 自治区提 出的 主攻天山、 深化阿尔泰山、 开拓昆仑山的矿业发展布局， 伊犁州决定每年拿出5 0 0万元用于补助重大矿产资源勘探项 目； 今年州直属各县 市 地勘投入要达到 3亿元以上， 其中商业勘探投入2亿元以上， 支持阿希金矿开发深部资源， 加快铜、 铅、 锌、 锰、 钨等有色金属矿产勘探开发； 鼓励引进更多有实力的大企业大集团， 加大风险勘探力度； 积极争取国家、 自治 区基础性、 公益性地质调查项 目， 紧紧抓住 国家对新疆优势矿产资源勘探开发给予重点支持 的有利机遇， 加速完成剩余 面积的 l 5万区域矿产调查， l l 0万和 l 5万地球化学调查工作。2 0 0 8年， 伊犁州将继续依法查处圈而不探、 探而 不采、 倒卖矿业权的行为， 使有限的资源向有实力的大中型企业集中。全力支持伊犁钢铁公司和兴源钢铁公司加快技术 改造和产能扩张， 力争到2 0 1 0年， 兴源钢铁生产能力达到2 1 5万t ， 使伊犁成为新疆第二大钢铁生产基地。 维普资讯