用灰色关联分析法选择采矿方法(2).pdf

8 段用灰色关联分析法选择采矿方法 昆明工学院谢贤平 ， 弓 -提 要 -车文将嘏色系统理论中的关联舟析法应甩于采矿方法的选择，提出了采 方法 优 劣 l 芷粤j 的颤色 燕 联特柝 法 。这 种方 法能 够把 相互 闻互 补曲 、不可 比的技 柬经济指 标 变成可 比 晌、可 篓 ’ ≠ 关 麓 词 关 度 评 判 要 兰 ， 7 岔 事 鸣 够 事 乎 乏 ／ 千 1 1 前 言 采矿方法 的选 择一 般是 用综 合分析 比较 法。它根据设 计矿 山的地质 条件和开采技 术 条件，参照条件类似的矿 山，提 出几个技术 上可行的采矿方 法， 进行 技术 经 济 比 较 分 析，从 中选 出最优方案 。 当对 比的方案 优劣 难分时，则详细计算几 个有 关经 济指标，最 后经综合分析 比较 ，选择最优 方案 由于 影 响采矿 疗法选择的 因素很 多，参 与比较的经 济技 术指 标缺乏公度性，有时 相互 矛盾 ；某 些技术 因素还 不能定量比较，而设 计者 往往 受 实际经 验和 判断能 力等方面 的限 制，困而 所 选 出的方案难 免带 有主观片面性，甚 至可 能 在方 案初选时 把一些 可比的方案遗漏 。 为克服上 述方法的不足，近年来 国内外 采 矿工作者积 极寻求新的途径，采 用不 同的 现代数学方法，如模糊数学 、价值工程 等， 对采 矿方法选择 进行 了有 益的探讨，有 的 已 应 用于 实际工作 。采 矿方法的选择是一 个受 多种 因素 影响制约的问题。在采矿 方法选 择 中，有许 多因素是 已知的，如生产投资 、人 员，设备 ， 矿 石 品位等 ， 但也有许 多不确 知或 作 用机理不 明确 的 因素，如 地层中断层 发育 的规律，采 矿中影响爆破大块率 的因素 ，影 响岩体稳 定性 的因素等 ，可 见采 矿方法的选 择，除 了其随机性和模 糊性外，还有一种 涉 及面更 为广泛 、内容更为深 刻的特 性，达就 是它的灰色性信 息的不完垒性和非确知 性。因此，本文将灰色系统理论中的关联分 析法用于采矿方法的选择，并通过两个实蜘 分 析，表 明这是一 个简单可 行的新方法 。 2采矿方 法 的综合 评价 采矿方法的综合评价应该是安全适用、 低贫 损、高生产率 ，低成 本。技术 J 可行的 采 矿方法，必须保证作业 人 员和设备充分 安 垒 ，这 与采 矿方法的工艺和顶板 管理 密切相 关。因此必 须使 选用的采矿 方法适应 具体 的 矿床 地质 条件 和开采技术 条件 ，确 保方法可 靠 。一 个矿 山采 用的采矿 方法 并不 是一成不 变 的。随着 开采 过程 中对地 质变 化的揭示和 开采深 度的增加，随 着科学技术 的发展以及 新工艺 、新 设备 的不断 出现，采矿 方法的 比 重不 断变 化，冶金、有色 、化工 、建材 备系 统都 是这样 ，无论设计 、科研部 门，还 是领 导 机关、生产单位 ，就 必须重视和抓好 采矿 方法的试验研究，不断改进 和 革 新 采矿 方 法 ，以求不 断提 高矿 山的经 济效 益。但必须 注意 循序渐进，逐步试验 ，逐步推 行，以求 损失小 ，收益 大 。 高效 率的采矿方法 ，应在 安垒生产的前 提 下，在提 高劳动生产率的 同时 ，努 力降低 矿 石损失与贫化 。矿石损失与贫化是反映 采 矿方法适应性 反映采矿 方法工艺 技术 水平 和 管理水平 的一项 综 合性指标，也 是反 映企 谢贤平讲师昆明市环城北略 邮编6 G Q 0 9 3 维普资讯 9 业经济 效益的一项 重要 指标 。设计选择采矿 方法 时，应将矿石 损失 与贫 化作为一项 主要 指标 来衡量，最终实现 与地 质条件相适 应的 安垒 、低贫损 、高生产率、低成本 的统一， 优选 高效率采矿 方珐 不难理解， 只有 安垒 适 用的采 矿方法，才能充分发挥人 员和 设备 的效 率，提高劳动生 产率 ，才 能有效 地降低 矿石损失与 贫化，合理地降低材料消耗， 最 终降低矿石 成本 ，才 能显现出经济效益来 。 3采矿方 法选择 的灰 色关联 分 析 法 灰 色系统 理论 中的 关联 分析 法，是一种 因素分析法。但它是 系统发 展状 态的量化 比 较分 析，这种比较是 系统统计数据 列几何 关 系的比较 。认为诸个统计数据 列所 构成的 曲 线几 何形 状越 接近，则变 化态 势越 接近 ，关 联度就越 大。关联度的计 算，就 是 因素 问关 联程 度大小的一种定 量分 析。 在灰 色系统理论 中，作关联 分析先要指 定参 考数据 列。通 常记为{ x。 } { x D } { x 0 1 ， x 0 2 ， ⋯ ， X n } 与参考 数据列{ x } 进行 比较 的数 据 列 记 为 { x } ，{ x } ， ⋯ ， { x } 。 关联分 析，即求被 比数据列 与参考数据 列 的关联 度。求 关联度 ，先求 关联 系数， 即 按 公 式 mi n mi n l x 0 一X 。 I o ． 5 ma x ma x 0 k 一 ． - 。 。 _ F 珂 _ 6 而 i 习 毒 i k 是被 比数 据 列 { }第 k个 元 素 ． k 与参考数据 列{ 。 } 相应 元 素 的 相对差值 。称为{ } 对{ 。 } 在第 个元 素上 的关联 系数 由于关联系数 ． 数 目很 多， 信 息 不 集 中，不便 于比较。为此 将各个元素下的 关 联 系数 取平均值r 。灰 色系统理论将r 定 义 为披比数据列 { } 对参考数据列{ 。 } 的关联 度，即 f ． r ． f 。 而 在 采矿方法选择 中， 封于提 出的诸 种方 案，通 常人们要综 合考虑技术 、经济 和社 会 诸 方 面的效 益来论证 。因而提 出一系列的技 术经济指标加以评价诸方案的优劣，从中择 优。但 是，这些 技术经济指标相互 间通常是 不可比的， 是互 补的，而且可能还有许 多非 量化的灰数 。 基于关联 分析的方案评判，首先要 构成 诸 方案 的技术 经 济指标数据 列，如 { T 1 } { 1 1 ， x1 2 ， ⋯ ， L } } { 1 ， 2 ， ⋯ ， T } { } { 1 ， 2 ， ⋯， n } 其 中 ， ， X 。 ， ⋯ ， X 分别表 示 I到 个 方 案 。 其次，对非量化的技术经济灰数指标作 白化函数的 量化处理。量化处理的 方法视指 标的具体性 质确 定 。 方案评判过程的另 一个关键是，确定参 考数据列。确定参考数据列的原则是参考 数据列各项元 素是从诸 方案技术经济指标数 据列里选 出最佳值组成的 ，即 参 考 数 据列 { } 为 { T o } { 0 1 ， o 2 ， ⋯ ， o { 1 ， 2 ， ⋯ ， ” } f ， ，k∈I t ， ]的 自然数 。 这 里 p } 中 的 ． 1 ， ， 2 ， ⋯ ， X 是被 比数据 列 中的最佳 值。例如选择 采矿方 法时 ， 人 们希望矿石贫化率尽 可能低 ， 安全程 度 尽 可能 高 。若 r 表示第i 个方案 中矿石 贫 化率，而X ， s 表示 第 个方 案 中 安垒程 度，那么 维普资讯 ；i O z r mi n [ 。i r ， 2 r ， ⋯ ， x r ] z J s ma x [ i s ， 2 s ， ⋯， 3 7 s ] 这样 由上 述元素构成 的数据列扣 。 } 的各 项元素是最佳技术经济指标。称扣。 } 为最优 参考数据 列。到此 余下的 问题是计算诸方案 以技术经济指标为元素构成的数据列，对最 优 参考数 据列的关联度 。所 得关联 序，就 是 被 比诸方案优 劣的次序，至此方案选择 基本 结 束 。 袁 T 主要技术经济 指标 指标名称 第一 方案 第二 方案 弟三 方葺 矿块 生 产能力 t 3 5 O ～4 ∞ 1 2 0 ～埔 O 2 0 O 2 6 I 采礁比 m 万t l 5 D l o o 1 0 D 损失辜 9 贫化 率 2 0 9 劳动 生产率 t ， a 7 1 5 4 2 9 6 I 3 进行 白化 函数 量化处理。 本实 饼的矿 块生产能 力是 一个灰数 区间 4 应 用实例 0∈ [ ， ] ，如第一方案的 3 5 0 ， 倒 T 见解世俊 等编 金 属矿 床 地 下开 采第2 4 3 页、编写组编 冶金矿 山设 计 参 考 资料 上 册第3 2 1 页，编写组 编 小 型 冶 金矿山设计参考资料第2 3 g 页、西 北冶 金 设计院编 采矿 方法第2 0 7 页 某铜铁矿床，走向长3 5 0 m，倾角6 0 。 ～ 7 0 。 ，平均厚度5 0m。矿体 连续性 好，形 状 比较规 整，地质构造简单，矿石 以含 铜磁 铁 矿为主，致密坚 硬，／ 8 ～l 2 ，属 中 等 稳 固， 围岩 上盘 为大理 岩，岩 溶 发育， ， 7 ～9 ； 下盘 为矽 卡岩化斜长岩及花 岗闪长 斑 岩 ，因受风 化，稳 固性差 矿石 品位较高， 其 中平 均含铜1 ． 7 3 ％，平均含铁3 2 。矿 山 设计 年产矿石量 为4 2 ． 0 万 t 。地 表 允 许 陷 落 。 根据上述矿床开采技术条件，初步选出 可用的采矿方 法方案 如下 第一方案 无 底桂分段 崩落 法； 第二方案 矿 房用上 向水平分层 尾砂充 填法回采，矿柱用浅孔留矿法回采，事后一 次胶结充填； 第三方案 矿 房用上 向水平 分层尾砂充 填法回采 ，矿柱 用分段 崩落法回采 。 上述三个方案的主要技术经济指标列于 表 l内。 第 一步对非 量化的技术经济指标 项， 4 0 0 。其量 他处 理方法采 用层 次 分 析法 。将 整理 后的各方案技 术 经 济 指 标 列 于 表 2 内 。 襄 2 整理 詹 的各方 寨技 术经 济指标 指标名称 第一方 案 第二方 案 第三 方靠 矿块生 产能力 9 3 7 采准 晓 mf k t 1 5 l 0 l 0 损失串 争 6 l 8 6 0 ● 贫化帛 ％ 2 0 6 9 劳动生产率 t ／ 月 5 9 ． 6 a 3 5 ． 7 5 5 1 ． 0 8 第二步确定最优参考数据列。 { 。 } { 0 ，1 0 ，6 ，6 ，5 O ． 5 8 } 第三步计算各 个方案指 标数 据列对于 最优 参考数 据列 的关联度 。本例被 比数据列 为 { I } { 。， 1 5 ， 1 8 ， 2 0 ， 5 O ． 5 8 } { 。 2 } 一{ 3 ， 1 0 ， 6 ， 6 ， 3 5 ． 7 5 } { 3 } { 7 ， 1 0 ， 9， 0 ， 5 1 ． o 8 } 容 易得到上述关联 系数 计算公式 中 的 两级的最小差 rai n mi n lx 。 一3 7 l o ， 两级的最大差 ma x ma x i 。 --T 。 i 一 k 2 3 ． 8 3 ，因此对 于本例，关联 系数 的计 算公式 简 化为 维普资讯 ， 一 一 。 一 11 , 9 1 f 5 1 1． 9 l 5 经计算 ，得 | l { l ， 0 ． 7 0 4 4， 0 ． 4 9 8 2 ， 0 ． 4 5 9 8 ， 1 1 “ | z { 0 ． 6 6 5 1 ， l， l ， 1 ， 0． 3 3 3 3 1“ 3 { O ． 8 5 6 3 ， l ， 0 ． 7 9 8 9 ， 0 ． 7 9 8 9 ， 0 ． 5 8 3 6 } 则 关 联 度 为 rl o． 7 3 2 4 8，r 20． 7 9 9 6 8， r O． 8 0 7 5 4 可 见r 。 r r 根据这 个关联 序， 我 们认为第三方案最佳，但r 。 与r 两者十分接 近 ，仅相 差0 ． 0 0 7 8 6 ，应 当看作 是等 效 的， 不应轻 易舍弃方案二 而应随 同推荐，这与 用 采矿方法效 率系数法得 出的结论 是 一致 的。 效 率系数法得 出的三个方案的采矿 方法效 率 系数 值依 次为0 ． 7 2 2 3 、0 ． 8 3 5 9 、0 ． 8 3 9 3 。 上述结 论与原来各 书决 策 的 结 论也是一致 的 。原来各 书经初步技术经 济比较，均以方 案二多耗水泥 、多两 套充填 系统 、生产工艺 复杂为理 由耐删去 ，之 后 对 方 案 一与三 以 2 6 -3 0 5 - 目作综 台技术经济比较，最后选 取 了资源利用率高 、金 属 年 产 量 多、成本 低 、盈利高 的方案 三， 由于 当时技术水平和 装备条件的限制，作出选择 方案 三、舍弃方 案二 的决策，还 是合乎情理 的。 例 2 潼关金矿5 0 5 矿体l 2 采场属 中 厚 及 厚的缓倾斜矿体，矿脉为含金石英脉，金属 品位变 化较大，平均 品位 为7 ． 8 9 g ／ t 。矿 体 形态变化 亦太 ，矿 体厚度为8 ～l 5 m， 矿体倾 角为 1 0 --3 0 ， 平均1 8 。 。矿石坚 固性 系数 ， 8 ～1 2 ，节理发育，不够稳固， 松散系数1 ． 7 ， 容重2 7 t i m ，矿岩坚 硬性脆，可爆 性 好 ， 无氧 化结块 现象 围岩主 要是黑云母斜长片 麻岩 ，其次是 角闪斜长 片麻 岩， 坚固性系数 ， l 2 ～l 4，中等稳 固， 靠近 地表的风 化带 ， 稳 固性较差 a矿 山的勘探 程度较低 ，地 表 地 形陡 哨， 当地 无充 填材 料来 源，亦 缺 乏 坑 木 。该 矿属 中小 型矿 山，无 先 进 的 采矿设 备， 只有 常规 的设备。 按照 5 0 5 矿体 的地质和采矿技术 条件， 通过初步技术 比较和优缺 点评价 ，初步选 出 了五种可 行的采矿方 法。备采矿方法的技米 经济指标列于表 3内，其 中安 垒程 度和施工 难易程度已进行量 化处理 。 表 3 各采矿法的技术经济指标 对于本实例，最优参考数据列{ x o } 为 { 0 } 一{ 2 0 0 ， 4 ． 8 1 ， 8， 1 5 ， 8 ， 0 ． 4 9 ， l 2 ， 4 ． 7 7 } 各被 比数据 列为 { 1 } { 8 0 ，2 ． 4 0 ，1 2 ，2 0 ，8 ， o ． 4 9 ，8 ，4 ． 7 7 } { } { 7 0 ，3 ． 3 2 ，1 0 ， 1 5 ， 8 ， 0 ． 4 9 ， 。 I - 6 ， 8 ． 0 7 } { 3 } { 2 0 0 ，4 ． 5 9 ，8 ， 1 o ， l 8 ． 8 ， o ． 5 4， l l ， 3． 3 8 ’ { 4 } 2 o o ， 4 ． 8 1 ，1 5 ，2 5 ，3 0 ． 2 ， o ． 5 4 ，1 2 ，8 ． 8 2 1“ { } { 1 2 o ，3 ． 0 8 ，1 5 ，2 5 ， 1 5 ． 4 ， o ． 7 ，l o ，3 ． 8 4 ， 经 计算 ，得关联系 数 l { 0 ． 3 5 1 4 ，0 ． 9 6 5 1 ，0 ． 9 4 2 0 ， 维普资讯 l 2 O ． 9 2 8 6 ， l ， l ， O ． 9 4 2 0 ， l } 2 C o ． 3 3 3 3 ，O ． 9 7 7 6 ，0 ． 9 7 0 1 ， 1 ，1 ，l ，0 ． 9 1 5 5 ，0 ． 9 8 7 8 ] “ 3 { l ，0 ． 9 9 6 6 ，l ，0 ． 9 8 4 8 ， 0． 8 5 7 5 ， 0． 9 9 9 2 ， 0． 9 8 4 8 ， O ． 9 7 9 1 ‘ { l ， l ， 0 ． 9 0 2 8 ， 0 ． 8 6 6 7 ， 0 ． 7 4 5 4 ，0 ． 9 9 9 2 ，l ， O ． 9 8 5 6 ]“ 5 C o ． 4 4 8 3 ，O ． 9 8 7 4 ，O ． 9 0 2 8 ， 0． 8 6 6 7 ， 0． 8 9 7 8 ， O． 9 9 6 8 ， O ． 9 7 0 1 ，0 ． 9 8 5 9 7 其关联 度为 1 0． 8 9 1 1 3 7 5 ， 2 O． 8 9 8 0 3 7 5 ， ，I 0． 9 7 5 2 5 ， 4 O． 9 3 7 4 6 2 5 ， ， O ． 8 8 1 9 7 5 。 舅 IJ 关联序为， 3 ， ‘ r ， E t3 6 ． 3 8 E 2 3 1 ． 6 1 E 2 9 ． 9 1 E 2 7 ． 9 7 ，但与其价 值 的 大 小 顺序有较大的差异 ， 即 V。 6 ． 4 4 V 5 ． 5 2 V 5 ． 2 6 V5 4 ． 9 8 V 3 ． 9 6 。 尽 管这 样，这仍 能使 我们得 出决策， 即选择 第三方案 ，采 用切顶锚杆 中深 孔房柱法 。 5结 束语 I上述应用实例表明，应用灰色若 联分 析法选择 采矿方法，可 以将诸 如安全程 度、环境保护 和施 工难易程度这些 重要 的定 性指标 进行量化处理， 从而在 方案 比较 分析 时 从定量方面加 以考虑 应 用灰 色关联分析 法选择采矿方法，整个计算过程简单，易于 为人 们所掌 握。为多评价 指标 的决策方案选 择 ，提供 了一 个简单 可行的新方法 。 2为使计算结果具有较 高 的 可 信 度，除 了应 当正 确选择定性指标和区 间灰 数 的量化处理方 法外，还应 当使最优参考数据 列 { 。 } 和被 比数据列{ } ，{ } ，⋯ ， { ， 中备元素的数 量级 别不要相差太大 。例如本 文实例 1 ，矿块 生产能 力的量 化处理 方法如 取 白 化 函 数 l 一 { ， 得 量 化的 二 十 c 0 ． 8 6 7 ， 。 0 ． 6 4 3 ， 。 0 ． 7 7 8 ，采 准 比和 垒 员劳动生 产率两 项指标仍采 甩表 1中的数 据，确 定的 最优 参考数据列{ z。 } 将 为 { 。 ，C o ． 8 6 7 ，1 0 O ，6 ，6 ，7 1 5 7 各被 比数据列为 { l ，C o ． 8 6 7 ，1 5 0 ，1 8 ，2 0 ， 7 1 5 7 { ￡ 。 } t o． 6 4 3 ，1 0 0 ，6 ，6 ，4 2 9 ]“ { } C o ． 7 7 8 ，1 0 0 ，9 ，9 ，6 1 3 } 经 计算 得到的关联度将 为 l 0 ． 9 1 4 8 6 ， 2 0． 8 6 6 3 4 ， 3 O． 9 0 8 4 2 如按这个结果 我们 将作 出采 用第一方案，即 无 寐柱分段崩落法 的不妥结论，这 个结 论与 各 书中的结 论大相径 庭。 3最优 参考数据列{ 。 ， 中的各 元素 必须是从诸方案技 术经济指标数据列{ z } ， { z z } ， ⋯，{ z } 中选 出的最佳 值。仍 以本文 实 例 1说 明。如 按表 2我们确定的 最优参考 数据 列{ 0 } 为{ z o } { 9 ，1 0 ，6 ， 6 ， 1 0 0 7 ， 则关联 度为 I 0． 7 4 6 5 2 ， 2 0 ． 8 3 5 1 8 ， 3 0． 8 3 3 4 0 那么得出的结论是选择第二方案，随同 推荐方案 三； 如确定的最优参考数据列{ 。 ， { 9 ， 1 0 。 3 ，6 ，5 9 ． 5 8 } ，则关联 度为 1 0 ． 7 2 1 3 8 ， 20． 75 9 4 6 ， 3 0． 7 8 0 7 8 那么 由于r 。 与r 相差较大 ，因此只得 出 选择 第三方案 的结 论 。 上述两结 论明显是不妥 的。 本文的写作得到采矿教研室刘维华副教 授 的热心指导，在此深表 谢意 。 维普资讯