模糊数学优选综合试验研究的采矿方法.pdf

第 l 1 卷 第6期 2 0 03年 1 1 月 黄 金 科 学 技 术 Go l d S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Vo i ．11。 No． 6 No v．2 0 0 3 模糊 数学优选综合试验研 究的采矿方 法 李纯青。 樊满华。 姚 香。 1 ． 广东 高要 河台 金矿 ，广东高 要5 2 6 1 2 7； 2 ． 长 春黄金研 究院 ，吉林长春1 3 0 0 1 2 摘要 利用模糊 f u z z y 数学方法优选河台金矿综合试验研究的采矿方法， 首先根据矿体倾角 、 厚 度、 矿岩坚固性 f 值 ， 用相似优化 比原理初步确定几个方案 ， 然后再用综合评判原理对各方案进行综合技术 经济比较， 最后结合上述两项结果及矿山实际与可能 的条件确定一种或两种待试验研究的采矿方法。 关键词 河台金矿 ；模糊数学 ；相似优化 比 ； 综合评判原理 ； 采矿方法 中图分类号 T I 8 0 1 ／ O1 5 9 文献标识码 A文章编号 1 0 0 5 - 2 5 1 8 2 0 0 3 0 6 - 0 0 4 40 5 1 模糊数学简介 模糊 数学是 由美国加利福 利亚大学控 制 论专家查德 L ． A ． Z a d e 于 1 9 6 5年提出的一 个数学分支 ， 虽然至今只有数十年的历史 ， 但 其在 国民经 济 中的应用 已相 当广 泛 ， 在社 会 各方面应用与发展 的速度很 快 ，现 已扩展 到 工业 、 农业 、 气象、 遥感 、 地质 、 科研等各个领 域 ， 因而具 有强 大 的生 命力 。这是 因为世 界 上很 多现象 、 因素或概念都是模 糊不清 的 ， 比 如， 天气好与坏， 环境美与差等都没有定量说 明 ， 具有亦 彼亦此 性 。模 糊 数学 优选 试验研 究采矿方法是近年来采矿 工作者把模 糊数学 与本专业相结合的一种尝试， 同时也发明了 多种计算方法。它 比过去常用的传统的综合 对 比分 析法 更具 科学 性 。它 通 过定性 分 析 ， 进 而定 量计算 ， 并 能通 过 编制 程序 存 俾机 上作业 ， 使优选采矿方法更科学化和 代『七 。 2 矿床开采 条件及存在 问题 广东高要河台金矿开采蚀变糜棱岩型金 矿床 ， 有 高村和云西两个矿 区 ， 分别 主要开采 1 1 号 和 9号含金 糜棱岩 带 中的 l 1号 和 9号 矿体 。矿体走 向长 度 3 0 08 0 0 m， 连 续 长度 在 2 O一 3 0 0 m之间 ， 平均厚度 2 ． 5 2 ． 5 9 m， 倾 角 6 5 。 一8 5 。 ， 平 均品位 高村 8 ． 0 7 g ／ t ， 云西 7 ． 7 2 g ／ t 。两矿床相距 1 ． 5 k m。两 矿区的矿体形 态与品位 变化 及其它 赋存规 律基本 相似 矿 体在 走向上呈舒缓波状 ， 分支复合 、 膨胀狭缩 现象普遍 ； 以不规则脉状 矿体为 主， 也有透镜 状 矿体存在 ； 矿体与围岩没有 明显 界线 ， 上 下 盘围岩为不够工业品位的各种糜棱岩 ； 矿体 坚固性系数 1 21 6 ， 围岩f1 01 2 ； 矿体 节理 裂隙发育 ， 尤其有 两组 较大节 理及 受后 期构造 多处 切断矿 体 ， 其下 盘发 育一 条与矿 体平行 的构造破碎带 ， 相 距 05 m， 矿岩属 中 等稳 固而局部不稳定 ； 矿 体无淋水 ， 水文地质 条件属 简单 类 型 ； 矿 石 密度 2 ． 7 5 t ／ m ， 围岩 2 ． 7 0 t ／ m ， 矿 岩松散 系数 1 ． 6 。 ’ 。 1 9 8 9年矿山开采 以来 ， 以浅 眼 留矿法 为 主要采矿 方 法 ． 矿柱采 用 中深孔一 次性爆 破 回收 。因未 曾采 用 采空 区处理 技术 ， 高村 矿 区东段矿体连续 而 导致 大部分采空 区相 互连 收 稿 日期 2 0 0 3 - 0 4 - 0 9； 修 订 日期 2 0 0 3 - 0 9 - 0 5 作 者简 介 李纯 青 1 9 6 6一 ， 男 。 高级 工程师 ， 主要从 m 岩金矿 山采矿 技 术和竹理 I 作 维普资讯 第 6期 李纯 青 模期数学优选综合试验研究的采矿方法 4 5 通 ， 并引发岩层 移动与山体滑坡， 使 4 0 m中 段 以 上很多 采场在 崩落 围岩下 出矿 ， 二 次贫 化率 矿山估 计为 3 7 ％ ， 实际统计 I 1 个采场达 4 8 ． 8 9 ％。近 年 矿 山 尽 量 出 富 矿 而 达 到 5 ． 2 0 g ／ t 以上 J 。为 了完善 采矿 方 法并 降低 出 矿品位 ， 于 2 0 0 0年初 开展 采矿 方法综合 试验 研究 。为此 ， 首先要优化选择采 矿方法 ， 以达 到增 产黄金与提高企业 经济效益 的 目的。 3 利用相似优化比初选采矿方法 采矿方法 的选择 受诸 多 因素的影 响 】 。 在利用 模糊数 学优选 采矿 方法 的过 程 中， 为 简便起见 ， 选择 矿 体倾角 、 厚 度 、 矿 石 硬度 系 数 值与上盘 和下盘 围岩 值等 5个 主要 因 素 记为 B 。 ～B 作为优选参数 ， 并从 国内类 似开采技 术条件 的几个取得成功经验 的岩金 表 1 采矿方法选择的各项参数 矿 山的几种 留矿 与干式 充填 采 矿法 记 为 A。 ～ A 作为样本 J ， 河 台金矿 待综 合试验 研究 方案的开采技术条件为固定样本 表 I 。 相似选择以相似程度大小为基础， 用海明 距离表示两个样本的差异。设 x i 、 x i 为任意 两个样本， 要 比较它们各 自与固定样本 x 的 相似程度时， 可先算出 x i 、 x 与 x 的海明距 离 d d 其 计算过 程 如下 d i I x 一xi I ， R ” R 3 } Trr ■ O ． 0 0 0 ． 6 3 0 ． 7 9 0 ． 3 6 0 ． 2 2 0 ． 3 0 0 ． 3 7 0 ． 0 0 0 ． 6 9 0 ． 2 5 0 ． 1 4 0 ． 2 0 0 ． 21 0 ． 31 0 ． 0 0 0 ．1 3 0 ． 0 7 0 ． 1 0 0 ． 6 4 0 ． 7 5 0 ． 8 7 0 ． 0 0 0 ． 3 3 0 ． 4 3 0 ． 7 8 0 ． 8 6 0 ． 9 3 0 ． 6 7 0 ． 0 0 0 ． 6 0 0 ． 7 0 0 ． 8 0 0 ． 9 O 0 ． 5 6 0 ． 4 0 0 ． 0 0 0． 00 0． 45 0 ． 3 9 0． 4 4 0 ． 5 9 0．7 6 0 ．55 0． 00 0 ． 4 3 0 ． 4 9 0 ． 6 4 0 ． 7 9 0．61 0．5 7 0． 00 0． 56 0． 70 0 ． 8 3 0．5 6 0．51 0． 4 4 0 ．00 0． 65 0． 80 0． 41 0 ． 3 6 0 ． 3 0 0 ． 3 5 0．o o 0 ． 6 9 0． 2 4 0 ． 21 0．1 7 0． 20 0 ． 3 1 0． 00 d i l x 一x l ； 然后 ， 建立相似优化 比 r i l d k j ／ d k i d k j ， _ i d k l ／ d bd k j ， 但 当 i j 时 ， 即有r r ji 0 ， 由此可求出 B 。 一 B s 的模糊相关矩阵 R 1 ～R 5 。以 B 。 为例 ， d k l l 8 27 5 l 7 ， d l 8 28 5 l 3， 而有 r l 6 3 ／ 7 3 0 ． 3 ， r 。 7 ／ 73 0 ． 7 。由此 ， 通过计 算 机编 程或 手 工计 算 后 ， 便 可得 下列 R ⋯ ～R ㈤ 各模糊矩阵 。 R 2 R 4 0．0 0 0．4 4 0．3 7 0 ． 8 9 O．3 0 0． 68 0． 56 0． 00 0． 4 4 0 ． 91 0 ．3 6 0 ． 7 3 0．0 0 0． 51 0 ． 4 9 0． 61 0． 47 0．7 7 0．8 8 0． 00 0 ． 6 2 O．4 8 0． 78 0 ． 8 9 0 ． 6 3 0． 5 6 0． 00 0 ． 9 3 0． 42 0 ． 7 8 0 ． 3 9 0 ． 3 8 0． 00 0 ． 3 6 0 ． 6 8 0 ． 8 2 0 ．1 1 0 ． 0 9 0． 07 0 ． 0 0 0 ． o 6 0． 21 0 ． 5 3 0 ．52 0 ． 6 4 0． 00 0 ． 7 9 0 ． 8 9 0． 70 0 ． 6 4 0 ． 3 8 0 ． 9 4 0． 00 0 ． 8 3 0． 23 0．2 2 0 ． 3 2 0 ．21 0． 0 o 0 ． 6 8 0 ． 3 2 0． 2 7 0． 22 0． 7 0．1 7 0． 00 0．1 2 0．1 2 0 ． 1 8 0 ．1 1 0 ． 3 2 0． 0 0 维普资讯 黄金科学技术 第 1 1卷 0 ． 0 0 0 ． 5 0 0 ．1 4 0 ． 5 6 0 ． 3 7 0． 0 9 0 ． 5 0 0 ． 0 0 0 ． 1 4 0 ． 5 6 0 ． 3 7 0 ． 0 9 0 ． 8 6 0 ． 8 6 0 ． o o 0 ． 8 8 0 ． 7 8 0 ． 3 7 0 ． 4 4 0 ． 4 4 0 ．1 2 0 ． 0 o 0 ． 3 4 0 ． 0 7 0． 63 0． 63 0．22 0． 66 0． 0 0 0．1 4 0 ． 91 0 ． 91 0 ． 6 3 0 ． 9 3 0 ． 8 6 0 ． 0 0 对 于每个 R矩 阵 ， 先 按下式 求 出 A值 A V 。 Ri i 0 1 ， 求 A值 时 ， 首先 除对角线 全行为 1 本例无此条 件 的矩阵 ， 它 所对应 的样本 与固定样本最相 似 ， 并记序 号为 1 。然后 ， 删 去对 应 的行和列 ， 再 求第 2个 最大 值 ， 并记 以 2， 并删 去相应 的行 和列 ， 依 此求得 3 、 4、 5、 6的 A值 和相似样 本 的顺 序 号 ， 最后 求 出各种 采矿方案 的序号和 。 该序 号和越 小 ， 则表示它所对应 的采矿方 案 与固定样本所 要选择 的采矿方案越接近 或 近似 ， 即更 符合 此条 件 的开 采方 法 。上述 符 号中“ V” “ ” 为模糊数学中的运算符号， 分 别为 “ 取大值 ” 和 “ 取 小值 ”的运 算 ， 由此而 得 表 2 。 表 2 采矿方法选择的相似序号表 由表 2得到相似序号和小于 2 0的4种采 矿方案。按上述理论 。 它们与固定样本的相似 顺序依次为人工底柱留矿法 、 无矿柱留矿法 、 铲运机 出矿 干式充 填 法和人工 出矿 干式充 填 法， 用上述方法选择的方案与河台金矿待综合 试验研究 的采矿方案相接近。但要求出最佳 方案， 还需要进一步对各种相似采矿方案的技 术经济指标进行综合评判。 4 各 方 案技 术 经 济指 标 的综 合 评判 在 上述 4种初选方案 中 ， 分别取其矿房生 产 能力 D ， 掌子面工效 D 、 采矿一次损失 率 D ， 、 贫化 率 D 和主要 材料 消 耗 D 5 个 因素进行综合评 判 ， 把它们在生产实践 中所 获得 的资料数据 进行统 计计算 表 3 。 表 3 采矿方法选择的技术经济因素 维普资讯 第 6期 李纯青 模糊数学优选综合试验研究的采矿方法 4 7 在这 些采矿方 法中 ， 矿房生产 能力与掌子 面工效的隶属度可直 接用加权平均法求得 ， 因 为它们的值越大， 矿山经济效益就越好。而采 矿 一 次损失 率与贫 化率 及 主要材 料消耗 等项 不能用其真值 即实际生产数据 加权平均法 求隶属度， 因其值越小矿山效益越好， 因此， 必 须用其新值求隶属度。新值的求法如下 x ∑4m _ l x m j i l ， 2 ， 3 ， 4； j 3 ， 4， 5 ； 式 中 x |j 一表示 c i 矿山 D j 因素的新值； X j 一 表示 c 矿山 D 因素的真值。 以D 。 的 c 。 为例 ， 其 x 。。 新值求法如下 Xl 36． 4 5． 0 3． 2 1 4． 6； 求得新值后 ， 仍用上述方法求隶属度。两 种隶属度求法如求 r 真值及 r 4 新值的隶属度 分别如下 r 1 1 7 5 ． 3 4 ／ 7 5 ． 3 4 6 o ． 4 3 6 6 ． 7 42 8 ． 5 2 O ． 3 2； r 4 55 ． 5 7 ／ 5 ． 3 O5 ． 2 35 ． 3 55 ． 5 7 1 0．， 重 0 ． 3 2 0 ． 2 6 0 ． 2 9 0 ． 1 2 0 ． 41 0 ． 3 3 0 ． 1 9 0 ． 0 r 7 0 ． 2 6 0 ． 2 2 0 ． 2 4 0 ． 2 8 0． 2 6； 用此方法得表 3真值与新值并求得模糊 矩 阵 R 0 ． 3 2 0 ． 41 0 ． 2 6 0 ． 2 7 0 ． 2 5 0 ． 2 6 0 ． 3 3 0 ． 2 2 0 ． 2 6 0 ． 2 4 0 ． 2 9 0 ． 1 9 0 ． 24 0 ． 1 9 0 ． 25 0 ． 1 2 0 ． 0 7 0 ． 2 8 0 ． 2 8 0 ． 2 6 考虑主要材料消耗直接影响着采矿成本 ， 其重要性很 大 ， 而矿块生产能力与掌子面工效 的重要性相对要 小 ， 采矿一次损失率和贫化率 指标居中， 所以它们的权重作非平均分配 A[ 0 ． 1 2 0 ． 1 2 0 ． 2 2 0 ． 2 2 0 ． 3 2 ] 因用 加权平 均法 求得隶 属度 ， 而且 ， A 已 经给出各因素的不同权重值， 所以， 可选用 b ； mi n{ 1 ， ∑Ⅲ _ 。 a r } 的综合 评 判 BR o A的 计算模型。其中， O为模糊数学中算子符号。 因而得 0 ． 2 7 0 ． 2 6 0 ． 1 9 0 ． 2 8 从计算结果可以看出 0 ． 2 8 4 2值所代表的 方案是人工底柱 留矿采矿法 代号 c 。 一A ， 对于河 台金矿 l l与 9号矿脉需要 试验 研究所 选择的采矿方法来说 ， 技术经济最合理， 其次 为下述 3个方案 ， 分别 为无矿柱 留矿采矿法 C 一A 、 铲运 机 出矿 干式 充 填 法 C ， 一 A。 和人 工出矿 干式充填法 C ． 一 A 。 5 综合参数 与方案选择 由上述初选 4种采矿方案 的相似序号和 与综合评 判结 果 列 于表 4 。表 中相 似序 号 和 的新值 由下式求得 Y i ∑ l Y j ； i ， j l ， 2 ， 3 ， 4 ， 式中 Y l 一代表采矿方案 c i 相似序号和新值 ； 0 ． 2 8 4 2 0 ． 2 5 3 2 0 ． 2 3 2 2 0 ． 2 2 9 2 Y j 一代表采矿方案 c j 相似序号和真值。例 Y 。 的求 法如下 Y 1 1 4l 8 2 05 2 ； 因而， 求得表 4 。表 4中各种采矿方案 的 相似序号和新值乘以各自的综合评判结果 ， 所 得的综合参数则既考虑了相似性又考虑了技 术经济指标， 其值越大表示该方案与固定样本 越合适。由此可见， 人工底柱浅眼留矿采矿法 是本 次采矿 方法综 合研 究所 需 要实 现 的采矿 方法 ，至于无 矿柱 留矿 采矿 法及 干式 充 填 采 矿法 ， 在 有 条件 时也 应 进行 相应 的试 验 和应 用 。而后者 只能使用 电耙 与人工 出矿 方式 ， 因 为河 台金矿 没 有 C T S 0 0 HE微型 电 动铲运 机 ， 井下巷道规格也不适应铲运机行走与调动。 2 2 2 2 2 l l 2 2 3 ● ● ● ● ● 0 0 O 0 0 ‘■■■■■■■■■E■■■■■■‘■●■■●■■f■■■■■■■■■■■■●■■J●___●●l 7 ■■1■■■■●■■■■■■■■E■■J●■■■■■■■■■■■■■■■■■I 5 4 5 6 2 2 2 2 ● ● ● ● 0 0 0 0 维普资讯 黄金科学技术 第 l l 卷 表 4 采矿方法选择的综合参数 6讨 论和 结语 广东 高要 河 台金 矿采 矿方 法综合 试验研 究的工作 ， 在未开展之前就首先采用 国内 目前 比较先进 的数学优选采矿方 法 ， 从 国内岩金矿 山试验或应用 成功 的各种 留矿采 矿 法与干式 充填采矿法 中进行 优选 ， 最终 不但 可 以定性 ， 而且 可以定量 地确定 人工底 柱浅 眼 留矿 采矿 法最适合 于本矿的开采 技术条件 。当然 ， 其它 所列采矿方法在有条件时也不妨一试 。 这种采用模糊数学选择采矿方法 ， 也可用 灰色关联分析法、 多 目标决策法、 层次分析法 等多种数学优选 方法进行验证或再 优选 ． 由于 这些数 学优选 原理大 同小异 ，计 算方 法和过 程虽然 有差别 ，但是选 择 的结果应该 是一致 的 ， 因此就不另外进行验证了。 参考文献 [ 1 ] 王斯 亮、 姚 香． 河 台金 矿 资 源利 用 与探 矿 增 储 途径[ J ] ． 黄金科学技术． 2 0 0 1 ， 9 4 4 45 1 ． [ 2 ] 李建甘、 姚 香． 高村矿 区二次贫化原因分析及 降低方法实践[ J ] ． 黄金． 2 0 0 2， 2 3 4 3 0 3 2 ． [ 3 ] 姚 香、 周 占魁． 模 糊数学优选采矿方法[ J ] ． 黄 金． 1 9 9 2， 1 3 2 l 82 2 ． [ 4 ] 国家黄金局经济发展研究中心． 黄金矿山实用 技术荟萃[ M] ． 沈阳 东北工学院出版 社， 1 9 9 3 ． 1 44 1 46 【 】 [ ⅡNG W AYS OF GETT G BY US ED FUZZY Ⅳ【 ATHEM TI CS OPTI M UM S EEK G I NTEGRATI ON EXPER】 [ 2 ENT AND RES EARCH LI Ch u nq i n g F AN Ma nh u a YAO Xi a ng 1 ． 1 t e t a i C o ld Mi n e， G t l o y a o ，G u a n g d o n g G u a n g d o n g ，G 伽 5 2 6 1 2 7， C h i n a ； 2 ． Cha n g c h u n G o ld R e s e a r c h I n s t i t u t i o n J i l i n ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2， C h ／ n a Abs t r a c t He t a i g o l d mi n e g mi n i n g wa y s b y wh i c h u s e d f uz z y ma t h e ma t i c s o p t i mu m s e e ki n g i n t e g r a d o n e x p e rime n t r e s e a r c h ． 。 F i r s t ，i n a c c o r d i n g t o mi n e b o d y、 d i g a n g l e、 thi c k n e s s a n d mi n e g r o c k s 0 l i d f a b s o l u t e v a l u e 。 B y s i mi l a r o p t i mu m p rin c i p l e h a s fi x e d some p r e l i mi n a r y p l an 。 S e c o n d a r y， G a v e e v e r y p l a n i n t e g r a t e t e c h n o l o g y e c o n o m y c o m p are thr o u g h i n t e gra t e j u d g m e n t p ri n c i p l e 。L a s t ， C o mb i n e d a b o v e t wo c o n seq u e n c e an d mi n e p r a c t i c e a n d p r o b a b l e c o n d i t i o n s ，we h a v e fi x e d o n e mo re t wo mi ni ng wa y s，wa i t i n g e x pe rime nt a n d r e s e a r c h． Ke y wo r d s He t a i Go l d Mi n e f u z z y ma t h e ma t i c s ；s i mi l a r o p t i mu m 维普资讯