关联矩阵法在妙石矿采矿方法选择中的应用.pdf

S e r i a l No． 49 7 S e p t e mb e r ． 2 01 0 现代矿业 M0RDEN MI NI NG 总 第4 9 7 期 2 0 1 0 年 9月第 9期 关联矩阵法在妙石矿采矿方法选择 中的应用 石乃敏。 吴仲雄 陈竞文 李万祥 1 广西现代 职业技 术学院； 2 ． 广 西大学资源与冶金 学院； 3 ． 河池市地质勘探设计院 摘 要 介绍了用关联矩阵法选择采矿方法的基本原理和步骤。以矿山生产能力、 采矿成本、 安全性等 l 0个指标作为采矿方法评价的指标体 系， 对广西化达锌业股份有 限公司妙石矿的全 面 法、 房柱法等 4种采矿方法进行 了评价， 并推荐房柱法作为该矿的采矿方法。 关键词 采矿方法； 评价 ； 选择 ； 关联矩阵法 中图分类号 T D 8 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 - 6 0 8 2 2 0 1 0 0 9 - 0 0 1 8 - 0 4 Ap pl i c a t i o n o f Re l a t i o n a l M a t r i x Ana l y s i s i n t he Ch o i c e o f M i ni n g M e t h o d of M i a o s h i M i n e S h i Na i mi n Wu Z h o n g x i o n g C h e n J i n g w e n L i Wa n x i a n g 。 1 ． G u a n g x i Mo d e m P o l y t e c h n i c C o l l e g e ； 2 ．C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d Me t a l l u r g y ，G u a n g x i U n i v e r s i t y ； 3 ．A c a d e m y o f G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n a n d D e s i g n o f H e c h i Ab s t r a c t Th e b a s i c p r i n c i p l e a n d s t e p s t o c h o o s e mi ni n g me t h o d b y u s i n g r e l a t i o n a l ma t r i x a n a l y s i s a r e i n t r o d u c e d．Te n i n d e x s uc h a s mi n e p r o d u c t i v i t y，mi n i n g c o s t ，s a f e t y，e t c ．，a r e s e l e c t e d a s t h e e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m o f mi ni n g me t h o d，e v a l ua t i o n i s d o ne o n f o u r mi n i n g me t h o d s s u c h a s c o mp r e h e n s i v e me t h o d，r o o m- a n d - p i l l a r me t h o d， e t c ．p r i ma r y s e l e c t e d b y Mi a o s h i mi n e o f Gu a n g x i Hu a d a Zi n c I n d u s t r y L i mi t e d Li a b i l i t y Co mp a n y，a n d r o o m a n d p i l l a r me t h o d i s r e c o mme n de d a s t h e mi n i n g me t h o d o f t h i s mi n e ． Ke y wo r ds Mi n i n g me t h o d；Ev a l u a t i o n；S e l e c t i o n；Re l a t i o n a l ma t rix a n a l y s i s 在采矿方法设计过程 中， 影响采矿方案选择的 因素也很多 ， 通常有多个方案可供选择 。国内过去 主要依靠工程技术人员的知识和经验 ， 不仅具有很 大的主观随意性 ， 还难 以对相近 的方案进行取舍 。 上世纪 8 0年代后 ， 国内采矿工作者和相关专家学者 就如何更加科学地选择采矿方法进行了探索研究 ， 取得了不少研究成果 价值分析法 、 系统综 合评 价法 2 J 、 模糊数学决策法_ 3 J 、 层次分析法 4 J 、 多 目标 决策法 ] 、 灰色关联法 j 、 专家系统 、 神经网络技 术 等方法在采 矿方法选择 中得到应用。经过 2 0 多年的发展 ， 这些技术方法逐渐成熟 。 笔者以广西化达锌业股份有限公司妙石矿为基 础 ， 运用关联矩阵法对该矿采矿方法方案进行选优， 取得了满意的结果 。 1 妙 石矿概 况 广西化达锌业股份有限公司妙石矿位于河池市 石乃敏 1 9 6 5一 ， 男 ， 广西河池市人 ， 讲师 ， 学士 ， 5 4 7 0 0 0广西省 河池市。 1 8 环江县川山镇 ， 是一采选联合企业。矿山采用平窿- 斜井开拓， 阶段高度为 3 0 m。已开拓有 1 斜井和 2 斜井。开拓、 提升 、 运输 、 通风 、 排水等生产系统 都 已形 成 。 矿区出露地层有上泥盆统榴江组和中泥盆统东 岗岭组上段地层 ， 各地层之 间均为整合接触。矿区 主要构造为北北东向 ， 由褶皱和断裂组成。褶皱是 位于下 巴背斜核部相继产生 的次一级褶皱 ， 断裂主 要发育有北北东断裂破碎带。矿区内尚未发现岩浆 岩活动。矿区围岩蚀变主要有 白云岩化 、 黄铁矿化 等。 矿区内共有铅锌矿体 9个 ， 主要产于东岗岭组 上段顶部灰色、 浅灰色厚层致密块状 白云岩或浅灰、 灰白色粗粒 白云岩 中， 其次在东岗岭组上段 中厚层 细晶白云岩中也见有铅锌矿体产出。矿体均呈似层 状 、 透镜状产出， 矿体产状与围岩产状基本一致 ， 并 与围岩同步褶皱 ， 矿体倾 向南东， 倾角 1 3 。 ～ 3 0 。 。 2 矿床开采技术条件 矿区从南到北有 7 4 、 8 0 、 8 2 、 8 4 、 8 6 、 9 0 6条 石乃敏吴仲雄等 关联矩 阵法在妙石矿采矿方法选择 中的应用 2 0 1 0年 9月第9期 勘探线控制矿体 ， 妙石矿开采范围为 7 4～ 8 2勘探线 控制的 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅶ 矿体北东面部分 的矿体 ， 其分布 的主要 特征见 表 1 。 表 1 矿体特征表 走 向 倾 向 辱 Ⅱ 1 5 Ⅲ北北东 南东东 1 5 Ⅶ 2 7 长度 斜深 平均 厚度 望曼 焦 ／m ／m ／m P b Z n 1 9 8 3 0 6． 6 2 3 5 6 5 2 ． 7 9 1 7 0 l o 0 2． 6 4 矿体顶 、 底板 围岩以灰岩 、 硅质岩为主 ， 岩石 比 较坚硬 厂 61 2 ， 裂隙不甚发育 ， 稳 固性较好 ， 开采 时一般不需支护 ， 但局部强烈破碎地段稳 固性较差 ， 开采时需支护。围岩松散 系数为 1 ． 6 0， 密度 为2 ． 7 t ／m 。 矿体埋藏深度 1 5 0～O m， 较稳 固， 矿石 f8～ 1 2 ， 自然 安息 角为 4 0 。 ， 松散 系 数为 1 ． 6 0 ， 密 度 为 2． 81 t ／ m 。 矿体与围岩界线清楚 ， 矿岩无 自燃性和结块性 ， 地表允许崩落。 矿体位于当地侵基准面以下 ， 地表地势较陡 ， 地 下水、 岩溶不太发育 ， 水文地质条件 比较简单。 3 采矿方法初选 根据矿体赋存条件以及矿山开采技术条件 ， 技 术上可行的采矿方法主要有全面法 、 房柱法 、 长壁式 崩落法和壁式充填法 。 1 全面法。阶段 内划分矿块 ， 工作 面沿走 向 推进。矿块宽度为 5 0 m， 斜长约 5 0 m。矿房 内顶柱 宽 2 r n ， 底柱宽 3 m； 矿房 内留不规则矿柱 ， 直 径 3～ 5 m； 每隔 5 0 m留一条连续间柱 ， 宽 4 m。出矿用电耙 绞车将工作面崩落的矿石耙至溜 口装入运输平巷 的 矿车 ， 运输平巷下盘沿脉布置。 2 房柱法。矿房长轴沿 矿体倾 斜布 置， 矿房 斜长约 5 0 m， 矿房宽 1 0～1 2 m， 间柱为井字形的圆柱 体 ， 直径 4 m， 间距 8 m。当矿体厚度较大时， 将矿柱 改成宽约 4 m的连续矿柱 。顶底柱厚 5 m， 溜井问柱 1 0～1 2m 。 3 壁式崩 落法 。阶段 内不划分矿 块 ， 工作 面 沿走 向全面推进 ， 工作面长 5 0 m， 高度为矿体厚度 ， 顶柱厚 3 m， 溜井 间距 5～6 m。采用 阶段式 回采工 作 ， 电耙出矿 ， 运输平巷下盘沿脉布置。 4 壁式充填法。阶段 内不划分矿块 ， 工作面 沿走 向全面推进 ， 工作面斜长约 5 0 m， 控顶距 2 ． 5 m， 充填距 2 ． 5 m， 悬顶距 5 m， 不留矿柱 ， 一个步骤 回采。 回采工作从矿块一端的上 山开始 ， 呈长工作 面沿走 向推进， 多采一充 ， 充填料为废石。 以上提 出的 4个采矿方案 ， 在技术上各有优缺 点。由于评价各方案优劣的指标较多 ， 各指标 的单 位也不同， 使得各方案相互 间无法直接比较 。为 了 尽可能避免人为因素影响选择结果 ， 采用关联矩阵 法选择采矿方案。 4 关联矩阵法的基本原理和步骤 4 ． 1 关联矩阵 关联矩阵法主要是用矩阵形式来表示各可选方 案有关评价指标及其重要度与方案具体指标价值评 定量之间的关系。设 。 ， A ， ⋯ ， 4 是评价对象的 m 个可 选方案 ； X 。 ， X 2 ， ⋯， 是 n个评价 指标 ； W ， ， ⋯ ， 是 ／ ／ , 个评价指标 的权重 ； ， ， ⋯， 是 第 i 个可选方案 A 关于 指标 ． 1 ， 2， ⋯ ， 1 7 , 的价 值评定量 。则可得如表 2所示的关联矩阵 。 表 2 关联矩 阵表 4 ． 2 关联矩阵法的步骤 运用关联矩阵法进行综合评价时 ， 首先根据具 体评价系统 ， 确定系统评价指标体系及各指标的权 重 ， 然后根据评价指标的评价尺度 ， 确定方案关 于评价指标的价值评定量 ， 最后计算评价系统 中 各个方案的综合评价值 ， 确定最优方案。 常用的关 联矩阵法有逐对 比较法 和 A 古林 法 ， 文中采用 A 古林法确定 和 。 4 ． 2 ． 1 确定评价指标的权重 1 确定评价指标的重要度 。用 5级标度法 确定各评价指标 的重要性 等级 P ， P{ 1 ， 2， 3 ， 4， 5 } ， 数值越大 ， 重要性 程度越高。然后按评价指标 自上而下按式 1 计算 R 【 p 一Pi “ 1 Pi ≥ P “ 1 南P P ’ ，2 ，A ，n 一 ’ 2 对 R 进行基准化处理。以最后一个评价指 标为基准 ， 令其值 K 1 ， 然后 自下而上按式 2 计 算其他评价指标的基准化处理结果 1R ， n一1 ， n一2 ， ⋯， 1 2 3 计算评价指标的权重 。按式 3 对K ， 进 行归一化处理 ， 得各评价指标的权重 】 9 1 1 8 4 3 5 l 5 7 5 1 3 总第 4 9 7期 现代矿 业 2 0 1 0年 9月第 9期 L ， 1 ， 2 ， ⋯， n 3 ∑K 一1 J 4 ． 2 ． 2 确定方案关于各评价指标的价值评定量 按 同样 的原理对各可选方案进行评价 ， 分别计 算方案 在评价指标 下的重要度 尺 ， 基准化处 理的结果 K 和评价指标的价值评定量 ， 。 K l R 一 1 ， i 1 ， 2 ， ⋯ ， m； 一1 ， n一 2 ， ⋯ ， 1 4 对 K 进行归一化处理 ， 得各评价指标 的评定量 ， 1 ， 2， ⋯， m； 1 ， 2 ， ⋯， n 5 ∑K 4 ． 2 ． 3 确定各方案关于评价系统的综合评价值 各方案的综合评价值 按式 6 计算 n ∑ ． ， i 1 ， 2， ⋯， m 6 5采矿 方法选 择 5 ． 1 采矿方法评价指标 初选的 4个方案为全 面法 A ， 、 房柱法 A 、 壁式崩落法 A 和壁式充填法 A ， 选取的评价指 标为矿块生产能力 X 、 采矿工效 X 、 矿石损失 率 X 3 、 矿石贫化率 X 4 、 采切 比 X 、 采矿成本 X 、 安全性 X 、 工艺 简单程度 X 、 矿山对方 案的熟悉程度 X 和对矿 体 的适应程 度 X 。 1 0 个。各方案的评价指标取值见表 3 。 表 3 采矿方法方案评 价指标表 5 ． 2 评价指标的权重 计算 5 ． 2 ． 1 确定各评价指标 的重要性等级 用 5级标度法确定 各评价指标 的重要性等级 见表 4 。 表 4 评价指标重要性表 重要等级 评价指标 对矿体的适应程度 矿石损失率 、 矿石贫化率 生产能力 、 采矿工效 采矿成本 、 工艺简单程度 、 采切 比 矿山对方案 的熟悉程度、 安全性 5 ． 2 ． 2 计算各评价指标 分别按式 1 、 式 2 、 式 3 计算各评价指标的 、 、 见表 5 。 表 5 评价指标权重 计算表 5 ． 3 评价指标 的价值评定量 计算 5 ． 3 ． 1 评价指标重要度 R 计算 评价指标有些是定量的， 如矿块生产能力、 矿石 2 0 损失率等 ， 而有些指标是定性 的， 如安全性 、 工艺简 单程度等。这两类评价指标重要度 计算方法是 不 同 的。 1 定量指标 尺 舶计算。对于值越大越好的指 标 ， 方案 A 在指标 下 的重要度 可 以按照表 3 中各指标的平均值按比例直接计算 出来 ； 对于值越 小越好的指标 ， 先按 同样 的方法计算 ， 然后取倒数。 计算得各 R值 为 R 。 0 ． 3 3 3 ， R 2 l 0 ． 7 7 8 ， R 3 ， 1 ． 5 0 0， Rl 2 1 ．11 1， R2 20． 9 47， R3 2 2 ．1 1 1， R1 3 1 ． 4 0 0， R2 30． 71 4， R3 30 ．6 0 0， R1 4 1 ．3 3 3， R2 4 0． 7 5 0， R3 40 ．8 0 0， R1 50 ．7 3 9， R2 5 1 ．3 5 3， R3 5 0． 6 5 2 ． 2 定性评价指标 R 的计算。先按 5级标度法 对其重要性进行赋值 ， 结果见表 6 。 表 6 定-陛指标重要性表 然后计算 R R1 61 ． 0 0 0 ， R 2 62 ． 0 0 0 ， R 3 6 2 ． 0 0 0， R1 70． 5 0 0， R2 70． 66 7， R3 70． 7 5 0， Rl 8 1 ． 2 5 0， R2 8 1 ．3 3 3， R3 8 1 ． 5 00， Rl 90． 7 5 0， R2 9 2 ． 0 0 0， R3 92． 0 0 0， Rl l 01 ． 0 0 0， R2 1 o1 ． 3 3 3， R3 1 0 1 ． 0 0 0 ． 石乃敏吴仲雄等 关联矩阵法在妙石矿采矿方法选择 中的应用 2 0 1 0年 9月第 9期 5 ． 3 ． 2 K i肭计算 按式 4 对 尺 进行 基准化处理， 计算得 为 K】 10 ．3 8 9， 10．1 6 7， 1 1 ．5 00， K4 1 1 ． 00 0， Kl 22 ．2 2 2， K2 22． 0 0 0， K3 22．1 1 l， 2 1 ． 0 0 0， K1 3 0 ． 6 0 0 ， K 2 3 0 ． 4 2 8 ， K 3 3 0 ． 6 0 0 ， K31 ． 0 0 0， Kl 40． 8 0 0， 0 ． 6 0 0， 40 ．8 0 0， 1 ． 0 0， K1 5 0． 6 5 2， 50 ． 8 8 2， K3 50． 6 5 2， 51 ． 0 0 0， Kl 6 4 ． 0 0 0， K2 64 ．0 0 0， K3 62．0 0 0， 1 ． 00 0， K1 7 0 ． 2 5 0， Kz 0． 5 0 0， K3 70． 7 5 0， 7 1 ． 0 0 0， K1 8 2 ． 5 0 0， K2 82． 00 0， K3 8 1 ．5 0 0， 8 1 ．0 0 0， K1 9 3 ． 0 0 0， 94． 0 0 0， 92． 0 0 0， 1 ．0 0 0， K1 1 o 1 ． 3 3 3， I o1 ． 3 3 3， 1 01 ． 0 0 0， I o1 ． 0 0 0 ． 5 ． 3 ． 3 评价指标价值评定量 计算 按式 5 计算评价指标价值评定量 ， 计算结 果见表 7 。 5 ． 4 综合评定结果计算 按式 6 ， 运用关联矩阵表计算 4个备选采矿 方法方案的综合评价值 ， 结果见表 7 。 表 7 关联矩 阵计算表 从表 7可以看出， 方案 A 对应的的综合评价值 I ／ 2 最大 ， 即最适合广西化达锌业股份有限公司妙石 矿的采矿方法为房柱法 。 6结语 采矿方案是矿山企业最重要的生产技术方案之 一 ，极大影响着矿 山企业 的生产安全 和经济效益。 传统的采矿方法方案选择具有较大 的主观随意性。 用系统工程的思想和方法选择采矿方法， 可大大提 高采矿方法选择的客观性 。妙石矿运用关联矩阵法 选择采矿方法 ， 取得 了较为满意的结果。 参考文献 [ 1 ] 朱文志． 价值 工程在 采矿设 计 中的应 用[ J ] ． 中 国矿 山 工程 ， 2 0 0 5 6 3 5～ 3 8 ． 『 2 ] 杜瑞成 ， 闰秀霞． 系统 工程 『 M] ． 北京 机械 工业 出版 社， 2 0 0 7 ． 6． 肖木恩． 模糊数学在采矿方法选择 中的应用[ J ] ． 矿业研究与 开发 ， 2 0 0 3 i 1 5～l 7 ． 李学金． 采矿 方案优选 的层 次分析 决策 方法 [ J] ． 有 色矿 冶， 1 9 9 8 1 3～ 6 ． 余仲芳． 采矿方法的多目 标决策[ J ] ． 4 ． z r - 山技术， 1 9 8 6 1 8～l 2 ． 杨振 宏， 候煜． 灰 关联分析在采矿方法选择 中的应用 [ J ] ． 中 国钼业 ， 2 0 O 2 1 2 1 2～1 5 ． 云庆夏． 采矿方法选择专家系统[ J ] ． 金属矿山， 1 9 9 9 5 3 7． 魏一鸣， 陈孝 华， 童光煦． 基 于神 经 网络 的采矿 方法选择 专 家 系统的研制 [ J ] ． 中国锰 业， 1 9 9 4 6 1 1～1 5 ． 汪应 洛． 系统工程[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 7 ． 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 7 2 7 记者在线 阿克苏 2 0 0 0多万元矿产 资源税 留产地 2 0 1 0年 8月 2 4 日从 阿克苏地 区地税 局 了解 到 ， 2 0 1 0年前 7个月 ， 阿克苏地 区征收矿产资源税 达 2 4 0 8万元 ， 与 2 0 0 0年同期相 比增 长 6 2 ． 4 ％ ， 而 根据 自治区新规定资源税将全部 留归资源地 ， 这对 有效促进 当地矿产资源勘查、 开发和保护将起到重 要作用。 阿克苏地 区地税局党组书记郭进 军 “ 若按照 原有的税收共享政策 ， 资源县只能 留3 0 0万元 ， 而现 在 自治区规定 ， 将全部的资源税收入留归资源县 ， 用 于地方经济 、 社会发展和矿 区生态环境的改善 ， 这将 有利于促进资源县市把资源优势转化经济优势。 ” 阿克苏地区 目前 已发现 矿产 7 9种 ， 探 明储量 4 6种 。其中煤炭资源预测储量 3 5 8 ． 7亿 t ， 探 明储 量 4 0亿 t ， 占南疆 已探明储量的 8 3 ％以上。 2 0 1 0年年初 ， 自治区国土资源厅启动矿产资源 补偿费征 收工作 ， 对石油天然气、 煤 、 铁 、 铜、 铅锌、 金、 地热等 2 1 个 主要矿种征收资源补偿费， 以弥补 国家现行生态补偿机制的不足。 21 1j l 1J