模糊数学在金矿采矿方法选择中的应用.pdf

第 3 o 卷 第 2 期 2 0 0 3 有 色金属 设计 N0NFE RR0US h I匝TA LS DES I GN V0 1 ．3 O No．2 2 0 0 3 模 糊数 学在金 矿采矿 方法 选择 中 的应 用 淡永 富 长沙有色冶金设计研究院，湖南长沙4 1 0 0 1 1 摘要 采矿方法的选择是矿 山设计 中的重要环节。以金矿矿床开采为例 ，阐述 了在几种 采矿方法技术经济比较优 劣不明显时，应用模糊数 学矩阵最终优化决策原理进 行综合评判 ，达 到 了选优 的 目的 。 关键词 采矿方法；模糊数学；技 术经济比较 ；选择 中图分类号 0 1 5 9 文献标识码 B 文章编号1 0 0 42 6 6 0 2 0 0 3 0 2 0 0 1 1 0 6 Ap p l i c a t i o n o f F u z z y Ma t h e ma t i c s i n S e l e c ti n g G o l d Mi n i n g Me tho d D AN Yo n g - f u C h a n g s h a D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f N o n - f e r r o u s Me t a l l u r g y ，C h a n h a 4 1 0 0 1 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d i s a l l i mp o r t a n t s t e p f o r i i z i ／ l e d e s i g n ． Wi th a l l e x a mp l e o f mi ning a g o l d mi n e ， the P a p e r e l a b o r a t e s tha t the fi n a l o p t i mu m d ec i s i o n p ri n c i p l e o f f u y ma the ma t i c a l ma t r i x i s u s e d t o ma k e a c o mp r e h e n s i v e a s s e s s me n t for a c h i e v i ng the a i m o f sel ect i n g the b e s t o p ti o n w h e n the c o mp a r i s o n r e s u l t s o f t ech n i c a l eco n o my f o r sev e r a l mi ning me tho d s a r e n o t o b vio u s ． Ke y wo r d s Mi n i n g me thod ； 缸 ma the ma t i c s ；c o mp a r i s o n o f t ech n i c a l e c o n o my ； sel e c ti o n 1概 述 模糊数学是研究和处理模糊现象的一门 新兴的现代学科。2 0世纪 6 o年代 中期 由美 国控制论学者埃 欧 查德创始以来 ，得到了 迅速地发展 。 目前 ，无论在科 学研究 和工程 设计 中，作为一门决策科学 ，已越来越引起 人们 的关注和广泛地 应用 。 模糊数学中所指的模糊现象 ，是指某些 客观事物之 间的差 异 ，在 中间过 渡时所呈现 的 “ 不分 明性 ” ，这 种 客观事 物 之 间 的 “ 不 分明性” ，在模糊数学上称之为 “ 模糊约束” 或 “ 模糊 目标” 。如矿床地下开采 中的采矿 方法选择 ，就是一个典型的模糊决策问题。 因为影 响采矿方法选择 的各 因素 如矿 体形 态 、产状 、规模 、矿岩物理力学性 质 、矿石 价值 、水文地质条 件 、采矿过程 中的安全和 对地表的影响程度等本身具有模糊性。 } 收稿 日期 2 O O 30 22 8 作者筒介淡永富 1 9 6 4 一 ，男 ，长沙人 ，高级工程师，主要从事矿山设计和研究工作 维普资讯 1 2 有色金 属 设计 第 3 0卷 采矿工作者对 采矿方法 的选择 ，通 常采 用 技术经济评价法 ，在分析对 比采矿方法技 术经济指标时 ，只能按同类指标单一地评估 其优 劣程度 ，而难 以从 定量 的角度 ，分析和 验证各项指标对采矿方法产生 的综合影响； 在采矿 方法评价过程 中 ，特别是 当矿体 开采 技术条件 比较复杂 ，可供 选择的采矿 方法 在 技术经济 上优劣不 明显 时 ，而选择者 因受本 人知识水平 、业 务能力 、经验丰富程度 的影 响所作 出的决 策 ，不可避免地 带有个人 的主 观意念 ，有时甚至做出错误决策。 由于采矿工程 特殊复杂 的客观条件 ，采 用技 术经济评价法作 为采矿方法选 择 的最终 手段 ，有其局 限性 ，要达到全 面 、准确的择 优效果 是 困难 的。 国 内外 采 矿 界 的专 家 学 者 ，曾以各种现代决策理论和计算技术，应 用于采矿 方法的选择 ，进行 了许多卓 有成 效 的研究 和探 索 ，出现 了一 些 优 化 决 策 的 方 法 。本文 在技 术经济评 价对 比的基础 上 ，应 用模糊数学原 理 ，进一 步优 化选择 了某金 矿 的采矿 方 法 ，在 生产 实 践 中 取 得 了显 著 效 果 。 2 开采技 术条件 该矿属构造破碎带蚀变岩型矿床，矿体 走 向长 5 4 0 m，工 程 控 制深 度 2 6 2 m，矿 体 厚度 0 ． 4 8 1 3 ． 2 2 m，平 均厚度 3 ． 3 4 m，厚 度变 化系数 1 0 5 ％。矿 体倾 角 5 5 。 一7 0 o ，平 均 6 5 o 。矿石 中金最高品位 2 1 1 ． 3 g ／ t ，平均 品位 1 1 ． 9 2 g ／ t ，品位变化系数 2 0 7 ％；伴生 银平均品位 3 4 ． 2 3 g ／ t ；硫平均品位 2 ． 6 5 ％。 矿体呈不 规则 脉状 、透 镜状 、豆 荚状 产 出 ， 沿走 向、倾 向均 有 膨 胀 、收 缩 、分 枝 、复 合 、不连续等现象 。矿石与围岩界线大部分 不 明显 。 含矿带受断裂构造控制 ，受多期构造破 坏 ，造成矿带破坏严 重 。矿石为构 造破 碎带 中的碎裂 岩和构 造角砾岩 ，节理裂 隙特别发 育 ，节理 线密度 1 1 2 3 ． 条 ／ m，普 氏硬度 系 数 厂 24 ，属 于不稳 固类 矿石 。远 矿带 分 布于近矿带 外侧 ，由微 风化的安 山岩 和流纹 岩组成 ，节理 中等 发育 ，节 理线 密 度 7条／ m，普 氏硬 度 系 数 f91 5 ，属 于 稳 固 岩 石 。近矿 围岩破 碎带 由弱 风化 、弱蚀变 的流 纹 岩 、安 山 岩 组 成 ，厚 度 0 ． 7 82 8 ． 5 3 m， 节 理 裂 隙 发 育 ，节 理 线 密 度 81 0条／ m， 特别 是 矿体 的直 接 顶板 有 一 层 0． 30 ． 4 m 厚 的绿 泥 糜 棱 岩 、千 糜 岩 ，遇 水 象 泥 土 一 样 ，极难分 采 和 支 护 ，普 氏硬 度 系 数 f2 4 ，属 于不稳 固类 岩石 。矿 区水 文地 质 条 件为以裂隙充水为主的中等类型。 3 采 矿 方 法初 选 及 技 术 经 济 比 较 根据上述 开采技术条件 ，在技 术上可行 的采矿方法有下向分层胶结充填法和分层崩 落法 木假顶或混凝 土假顶 。 3 ． 1 下 向分层胶 结充填法 矿块 沿矿体走 向布置 ，长 为 4 05 0 m， 宽为矿体水平厚 度，高为 中段 高度 4 0 m 。 脉外运输平 巷设在矿体 下盘破碎带之 外 ，利 用穿脉 和设 在矿体 内的天井 行人 、通 风 、出 矿和充填等。 自上而下分层 回采，以充填天 井为 中心 ，从 采场 2端的人行通 风溜矿井 同 时向中央进路 回采，进路宽 2 3 m、高 2 ． 5 m 、倾角 8 。 1 0 有利于充填料浆流动和接 顶 ；采场采用 7 6 5 5 型凿岩机凿岩 ，浅眼崩 矿 ，遇软弱层可采用 风镐 落矿 ；2 D P J 一3 0 型电耙出矿。进路 回采完毕后便开始充填 、 养护 ，要求充填体抗压强度达到 3 4 lV lP a 。 矿 山采用 抽 出式通风 ，新 鲜风流从脉外 运输 平巷 、穿 脉和采场人行通 风井 进入采 场 ，污 风经人行通 风溜矿井 、上 中段 穿脉进入 回风 系统 排 出地 表 ，利 用 局扇 对采 场 辅助 通 风 。 该采矿法见 图 1 。 3 ． 2 分层 崩落法 采场布置及构成 要素和采准 布置与下 向 分层充填法相似。回采工艺回采顺序和凿 维普资讯 第 2期 淡 永富 模糊 数学 在金 矿采 矿方 法选 择 中的应 用 1 3 图 1 下向分层胶 结充填法 F i g ． 1 D o wn w a r d L a y e r - c e me n t e d Me t h o d l 一 沿脉运 输平 巷 ；2 一 穿 脉运 输道 ；3 一穿 脉充 填道 ； 4 一 充 填天 井 ；5 一 人行 通风 溜矿 井 岩、出矿设备与下向分层充填法相同，但工 人在木假 顶或 混凝土假 顶下 完成采矿 和出矿 等工序作业 ，然后放顶处理空区。 采矿方法技术 经济 比较见 表 1 。 从表 1 可 以看 出 ，下向分层胶 结充填法 在损 失率 、贫 化率 、木 材 消耗 、税 后 利 润 、 安全、通风条件等方面均优于分层崩落法。 但分层崩落法采场生产能力较大，采矿直接 成本 较 低 ，不 需 建 充 填 系 统 ，投 资 少 仅 为 9 5万元 。2种 采 矿 方 法 在 技 术 上都 是 可 行 的 ，经济 效益相差不 明显 。为 了全 面评 价 2 种采矿方 法 ，达到选优 的 目的 ，应用模糊 数 学矩 阵最终优化决策 原理进行综合评 判。 4 模 糊 数 学评 判采 矿 方 法 的基 本模 型 一B 一A 。一R 1 式中 B 各 采 矿 方 法 的相 对 选 择 率 矩 阵 A 各 因素 的权矩阵 ； 模糊关 系隶 属度矩阵 。 或 b 1 ， b 2 ， ⋯ b a 1 ， a 2 ， ⋯ a r11 r1 2⋯r1 r2 1 r2 2⋯r2 r m1 r m2 ⋯ m 2 式中 各采矿方法的相对选择率 ，6 J 维普资讯 1 4 有色金属设计 第 3 o 卷 m i n X a‘ 勺] 1 , 2 ， ⋯n ； a y 各 因 素 的 权 重 系 数 ，且 满 足 r 模糊关系隶属度。 按 照各采矿方法 的相对选择率 大小排定 各方案的优劣次序 ，即 的值越大 ，对应 的方案越优 。 表 1 采矿方法技术经济比较表 T a b． 1 C o ln p a l n o f Te c h n i c a l Ec o n o my a mo n g Me t h o d s 注选冶总 回收率按金 8 7 ． 9 2 ％，银 4 3 ． 6 6 ％，硫 8 5 ％计算。 5 用 模 糊 数 学矩 阵进 行 综合 评 判 5 ． 1 因素选择及 其权 重 系数 a f 的确 定 根据某 一 类 指 标 在 选 择 中所 占重 要 程 度，在不同指标上分配一项权重系数 ，以突 出某项指标的重要作用。如认为采矿方法中 的安全性和矿 山的经济效益 2项指标 比其它 指 标 重要 ，则 可 加 重 该 2项 指标 的权 重 系 数 。而权重系数的确定 ，可采用戴尔菲法， 即通过专家评定给出。权重系数应根据指标 的项数及在方 案综 合评价 中显示 出明显 的差 别等要求 ，使各项权重系数的总和等于 1 。 针对 该矿 的实 际情 况和 2种采矿方 法的各 自 特点 ，评价 时考虑 了 l 1 个 因素 安全性 、 矿山的经济效益、贫化率 、采场生产能力 、 通风条件 、技术难 度、损失率、机械化程 序、适应性 、环境保护 、管理难易。采用专 家打分 ，概率统计 并归一化处 理后得权重 系 数为 。 2’0。 ’0。 0‘ 3 维普资讯 第 2期 淡永 富 模糊 数学 在金 矿采 矿方 法选 择 中的应用 l 5 0． 0 88 9，0． 08 6 1，0． 1 3 3 9，0． 07 9 1，0． 07 4 2， E F G H 1 0 ． 0 6 2 8 ， 0 ． 0 6 4 7 ， J K 5 ． 2 模糊关 系隶属 度矩阵 的确定 由于各 采矿方法技术 经济指标 的单 位及 表示方法不 同 ，相互之 间没有可 比性 ，如矿 房生产能力 ，采场工人劳动生产率等指标， 应是越大越好 ；而贫化率 、损失率、采切工 程量等指标应 是越小越好 。因此 ，在优化决 策 中，需对各类不同指标进行隶属函数关系 的换算 。 对定量指标采用线性 函数法确定隶属度 。 正 指标 f ,j 3 反 指标 r 1 一 4 式中 r f 一 第 i 个 采矿 方法 的 第 指标 的隶 属度 ； 一 第 i 个采矿 方法 的第 个指标 ； 各采矿 方 法 第 _ ， 个 指标 的最 大 值 。 对定性指标采用二元对比排序法中的对 比平均法 确定隶属度 。 经过上 述 2种方法处理后 ，求出 2种 采 矿方法各指标函数值见表 2 。 表 2 2种采矿方法的函数值表 T a b．2 F u n c ti o n a l Va l u e o f T w o Mi n i I l g Me t h o d s 根据表 2的采矿方法函数值 ，得模糊关 系隶属度矩 阵为 R 0． 9 06 0． 2 68 0． 1 6 7 0． 81 1 0． 8 6 7 0． 9 3 3 0． 76 o 0． 8 0 0 0． 66 7 0． 8 0 0 0． 8 0 0 0． 9 2 5 0 0 0． 9 0 6 0． 70 0 0． 5 0 0 0． 53 3 0． 4 67 0． 6 00 0． 5 3 3 0． 96 7 1． 00 0 0 0． I 6 7 1 ． 0 0 0 0． 75 0 0． 5 8 3 0． 56 6 0． 68 3 0． 55 0 0． 5 3 3 0． 8 8 3 根 据上述权重 系数及模 糊关 系隶 属度 矩 阵 ，求得 2种采 矿方 法 的相 对选 择率 为 曰 A 0 ． 6 9 5 ，0 ． 5 4 0 ，0 ． 5 9 8 。即 下 向 分层 胶 结 充 填 法 的 相 对 选 择 率 为 6 9 ． 5 ％ ， 分层 崩 落 法 木假 顶 的相 对 选 择率 为 5 4 ． 0 ％ ，分层 崩落法 混 凝土假 顶 的相对 选择 率为 5 9 ． 8 ％ 。 通 过对该矿 开采 技术条件 的研究 、各 种 采矿 方法的技术经济 比较和利用模糊数学 矩 阵最终优化决策原理进行综合评判，最终选 择下 向分 层胶 结充填采 矿法 。 6 结 论 1 上 述金矿采用模糊 数学方法选择 的 下 向分层 胶 结 充填 法 ，从 1 9 9 9年 至今 ，已 采出矿石 2 0万 t 以上 ，采矿损失贫化指标 较低 ，安全性好 ，实现 了采矿工艺优化 的 目 标 。矿 山按 期 达到 2 0 0 t ／ d矿 石 规模 ，年 产 合质金 4 4 6 k s ，金 精矿含 金 1 3 1 k g ；合 质银 8 2 3 k g ；金 精 矿 含 硫 1 2 4 3 t 。年 销 售 收 入 5 2 0 0 万 元 ，年税 后 利 润 1 9 4 0 万元 。采 用 模 糊数学选择 的采矿 方 法具有 较 强 的适应 性 ， 为该 金矿带来 了显著 的经济效益 。 2 在采矿 方法选择 中 ，大部分矿 山通 过技术经济 比较就能选 出 比较 理想 的采矿 方 法 ，但对于个 别开 采技术 条 件 复杂 的 矿 山， 维普资讯 l 6 有色 金属设 计 第 3 o卷 在采矿方法传统决策的基础上 ，利用模糊数 学 使原来 的模糊 目标 有 了定量标 准 ，这一定 量标 准 ，要 比技术 经济 比较法单项指 标相对 比作 出的判断更科学 、更 全面 。 3 采矿 方法选择是一个 典型 的模糊 决 策问题 ，它需要从许多模糊的、不够确切的 地质因素和开采技术条件中判断。模糊数学 原理 ，提 出了新 的决策方法 ，为采矿方法 的 选 择提供 了一种新 的途径 。由于采矿工程本 身的特殊性 ，对于模糊数学应用在采矿方法 的选择上 ，各项 指标 的选取 ，隶属 函数 的建 立 ，各项权值的分配问题及专家打分 ，受对 各 特征指标认识 的限制 ，评价 时所 考虑 的各 因素应 占多大 的比例及其 内在联 系 ，也受诸 多 因素 的影响 ，因此 ，模 糊数学在采 矿方法 选择 中的应用 有待进一 步探 索和研究 。 参考文 献 [ 1 ]张跃 ，邹 寿 平 ，宿芬 ．模 糊 数学 方 法 及 其 应 用 [ M] ．北京 煤 炭工 出版社 ．1 9 9 2 ． 上接第 5页 熔炼车间冶炼专业的内部的逻辑关系 臣 一 [ 一臣 亘 _ ◆ [ 圆一 [ ]一臣 一 图 4熔炼车 间冶炼专业 内部逻辑 关 系 F i g．4 I n t e r n a l L o g i c R e l a ti o n s o f S me l t i n g S p e c i a l i t y i n S mdt g W o r k s h o p 要求 ，综合各种情况 ，以保证统筹兼顾 ，使各项工 作均能很好完成。 4 ． 6 为任务分配资源并进 行平衡 到目前为止 ，所列计划是建立在各子项所需要 的设计人员在需要的时候 即可到位的情况。一般设 计单位同时都进行着多项设计工作 ，在同一个时间 段 内，几个项 目、一 个项 目中 的几 个 子项 需 要 同 一 个设计者来完成 ，因此 ，必须做好人力 资源的平衡 问题 。 人力资源平衡的 目的是，尽可能均衡地利用有 限的人力 ，使设计 工作按 照计划进度要求 来完成 。 为达到此 目的，在确定参加本项 目的人员 时，必须 很好地了解其 目前正在承担的工作，何时完成 目前 的工作 。要考虑其工作能力对承担本项工作所需的 工作时间。同时，也要做好后备人员 的储备，以防 出现特殊情况。 4 ． 7计划 汇总 计划汇总就 是在完成以上各项工作 的基础上 ， 将各项子计划汇总成 个 总体的计划 ，并根据项 目 白 g 具体情况及设计单 位的总体任务及人员工作 量情 况 ，进行综合平衡 ，以确保在人力资源、费用的支 出 、质量保证等多方面满足各个设计任务要求 ，很 好地履行设计合同。 综上所述 ，一个 完整的设计项 目计划应包括 项 目总体计划 、各子项阶段进度计划、人员安排计 划 、累计任务汇总、人员 阶段汇总等。在汇总的基 础上 ，由总设计师和计划管理部门，根据详 细的计 划 进行 管理 。 5 结 语 设计计划的编制是一个十分复杂的工作 ，需要 花费一定时间，特别是一项新类型的施工图设计任 务 ，往往 要 花费一 周或 者 更 长 的 时 间 ，因此 ，必 须 建立一个计划编制标准库 ，在此基础上，既可保证 计划编制合理 ，又可节约计划编制的时间。设计单 位的计划管理部 门、项 目总设计 师，必 须不 断学 习、总结经验 ，并充分利用先进 的计划编制技术和 计算机软件，才能做好设计工作的计划编制 ，为不 断提高设计单位的经济效益做出贡献。 维普资讯