某矿8~#矿体采矿方法的优化选择.pdf

6 湖南有色金属 HU NAN NONFERROUS METALS 第 2 8卷 第 4期 2 0 1 2年 8月 某矿 8 矿体采矿方法的优化选择 覃 敏 2 ， 徐必根l ’2 ， 唐绍辉 1 ． 长沙矿 山研 究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 金 属矿 山安全技 术 国家重点实验 室 ， 湖 南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 为较客观和科学评价采矿方案的优劣， 文章把层次分析法和模糊数学原理相结合对评价体 系进行综合分析并选出最优方案。评价指标的权重可以通过层次分析法来确定 ， 同时借用模糊数 学综合评判方法进行评估， 这样把采矿方法的动态 、 静态、 定量和非定量的指标形成统一化的一个 综合优越度。会泽铅锌矿区深部 8 矿体赋存条件比较复杂， 集“ 深 、 碎、 水、 小” 于一体， 通过优选确 定的采矿方法为上向进路充填采矿法。 关键词 采矿方法； 层次分析法； 模糊数学； 综合评判 中图分类号 T D 1 6 3 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 1 2 0 4 0 0 0 60 4 采矿方案的选择是矿山项 目的基本决策 ， 将影 响矿山其他主要决策。因此， 对于一个矿体确定其 适合的采矿方法显得尤为重要 。而对于选择 出最优 的采矿方法， 要考虑许多的方面， 当然其中涉及到很 多的影响成分因素 ， 而这些影响因素也不是很清晰， 并且各 自影 响作用程度也不是很明确 ， 以往矿 山的 采矿方案一般凭借经验去选择， 自然有经验的不同 而对实际情况 的把握也会不 同。介于这种情况 ， 现 在探讨 出了一些方法应用在方案 的选择中， 为在系 统设计过程 中把那些模糊的概念 和判断数字化 、 定 量化提供 了理论依据。如层次分析法 的选择 、 关系 矩阵和模糊理论 的优化选择 、 层次分析和灰色理论 的优化选择等为方案的选择提供了新的方法 ， 并且 理论依据也更充分了。为了较全面考虑采矿方法的 因素 ， 使得系统得到较为客观性的评价 ， 尽量减少经 验的作用， 本文结合层次分析法和模糊数学综合评 判理论 ， 分析评价指标的权重 ， 并计算 出各方案的优 越度 ， 从而选择出最好的采矿方案 。 1 A HP F C E综合评判法 1 ． 1 评价体系中对象 A和指标 若评价体系有 m 个对象 ， 则 A { 】 ， 口 2 ， ⋯， 口 } ； 而每个对象包含 n个评价指标 ， 则 { b ， b 2 ， ⋯b } 。 作者简 介 覃敏 1 9 8 6一 ， 男 ， 硕士研究生 ， 主要从事采矿工程安全开 采研究 。 1 ． 2 确定权重的分配 1 ． 2 ． 1 表示因素之间的影响强弱 采用标度和它们的倒数来表示 因素之间的影响 强弱 ， 如表 1 所示。 表 1 比较意义说 明 注 其中 2 ， 4 ， 6 ， 8 表示的意义为定义之外的中间值； 若 ／ X u ， 则 X J ／ X i 1 ／Wij 1 ． 2 ． 2 构 造 比较 判 断矩 阵 设判断矩阵为 [ D] ， 每一元素都 以各元 素为基 准 ， 按上述标度方法相互之问进行比较构造 ， 则有 [ D] l1 W 2 1 W m1 l 1 ， 1 1 l W 2 n ●●● l W 2 l 一 2 2 ～ 2 旦2 一 ～ 第 4期 覃敏 ， 等 某矿 8 矿体采矿方法的优化选择 7 对于相互 比较得 到的判断矩 阵[ D] ， 想要很准 确求得其最大特征值和特征 向量一般难以达到 ， 但 是可 以用方根法求得其 近似解 ， 针对需要分析 的问 题不受影响。 1 ． 2 ． 3 检验[ D] 的一致性 由于人为因素的干扰使得[ D] 与实 际情况有偏 差 ， 为此需要检验[ D] 的一致性。[ D] 的检验公式为 C RC I ／ R1 ， 式 中 C ，为检验 [ D] 的一致性检验指 标 ， C I 一n ／ 一1 ， n为[ D] 的阶数 ， ， 为 多维平均随机一致性指标 ， 如表 2 所示。 表 2 R I的取值 当 C R0 ． 1时， 一般认为 [ D] 满足要求 ， 否则 就要反复调整[ D] ， 最终使得[ D] 满足一致性检验。 1 ． 2 ． 4 权重向量分配计算 当反复调整[ D] 满足一致性检验时， 可以求出 各因素 的权重向量为 Q q 1 ， q 2 ， ⋯q 。 1 ． 3 构建模糊关系 模糊数学综合评判法就是借用模糊数学 中知识 和理论 对评价 系统 中相互 影响 的各 个 因素进行评 价 ， 比较全面 、 客观 、 科学地分析评价系统 中的各个 影响因素， 并把各个 因素在评价系统中的权重进行 量化 ， 得到一个具体数据关系 ， 从而清楚地把某事物 进行等级划分或着类别 区分 ， 结果直观形象。 由评价指标 日到评价对象 A可 以建立一个模糊 映射 F， F lZ f 。 另外确定各个指标隶属度 的 概念可知 ， 定量指标 的隶属度 由隶属函数法确定 ， 非 定量指标采用相对二元 比较法确定 。 从而推导得到 的模糊关系矩阵 R， 其形式表示为 r1 r2n ●-● rm n i 1 ， 2 ， ⋯ ， m ； 1 ， 2 ， ⋯ ， n 。 这里为了使得单因素矩阵 R能够对各个 因素进 行统一化 、 可 比性 ， 把各个因素指标无量纲化。 1 ． 4 综合评判 评价对象 A的综合评价为隶属度矩阵R和因素 权重 Q的乘积 ， 其表达式为 Z Q尺 1 ， 2 ， ⋯， z r11 r1 2 r2 1 r 2 2 rm 1 rm2 这里算出的 z 为评价对象的综合优越度， z 值越 大表示综合优越度越高。 2 某矿 的优选应用 会泽铅锌矿区深部 8 号矿体赋存于 白云岩夹灰 岩中， 矿体与围岩界限清楚。矿体产状与地层走向 一 致 ， 走 向 N 2 0 。 4 0 E ， 倾 向 s E ， 矿体水平厚度 2 ． 5 ～ 1 8 ． 8 m， 平 均为 9 ． 9 3 i n ， 中部厚大 ， 两端变薄 ， 倾 角 6 1 。 ～6 3 。 。铅锌的品位很高 ， 在 2 5 ％ ～3 5 ％之间。 8号矿体在剖面上似层状 ， 平面上为透镜状。矿体延 伸稳 定 ， 仅 在某些地方有些 许 的膨胀和 收缩 ， 从产 状、 形态上来说都属于较稳定的矿体。结合矿床开 采条件 ， 初步选择了三种方案 方案 I上向进路 充填采矿法 ； 方案 Ⅱ分段凿岩 阶段 出矿嗣后充 填采矿法 ； 方案 Ⅲ分段充填采矿法。这三种采 矿经济技术指标如表 3 所示。 表 3 采矿方案经济技术比较 霉 一称 豪 备 注 充 填 法 充 填 法 2 ． 1 确定各因素权重分配 根据层次分 析法原理 以及 比较 标度 的标准 意 义 ， 并运用 了模糊数学理论确定了评价体系 中各 因 素的分配权重 。如表 4所示 。 2 ． 2 判断矩阵一致性检验 由于评价系统的复杂和元素多样性 ， 又存在人 为的主观认知和知识水平 的限制 ， 因此需要对判断 矩阵进行一致性检验 1 ． 计算判 断矩阵的最大特征值 ， 根据方根 法的计算公式可知 9 ． 8 3 5 。 8 湖南有色金属 第 2 8 卷 l ／ 2 1 2 ． 计算判断矩阵的一致性检验指标 c ， n一1 式中 为 判 断 矩 阵 的维 数。 由计 算 可 知 c ， 0． 1 0 4。 3 ． 检验矩阵的一致性 。查表知 R I 1 ． 4 5 ， 把以 上数据代入检验公式中求得 C R0 ． 0 7 20 ． 1 ， 则可 以认为判断矩阵具有满意的一致性。 4． 各 因素 指 标 的权 重 确 定 为 p 0 ． 2 0 2 ， 0． 09 4， 0． 1 5 4，0． 1 08，0． 1 6 2，0． 1 3 0，0． 0 5 9，0． 03 9， 0 ． 0 5 2 。 2 ． 3 隶属矩阵的确定 1 ． 指标体系中 6 个定量指标的特征向量矩阵 为 R1 6 1 5 0 4． 5 9 l 2 4． 0 5 1 O． 5 2 6 0 1 2． 5 2 6． 42 9． 7 2 6． 2 3 0 0 9． 6 5 1 4． 1 3 3 2 9． 7 对 R 一 进行规格化 ， 对于增加效益性的元素 ， 数值是越大越好 ； 对于耗成本费用性的元素 ， 数值是 越小越好。其隶属度计算公式为 增益性 一 Y q ／ y m a x ； 耗费性 ～r rai n y ／ y 分析前 6个因素 ， 其 中增益性指标的有生产能力 、 采矿工效 ， 其余 的为 耗费性指标 。则可得 R 1 6 0． 5 1 0． 5 4 1 1 l 0． 8 7 0． 3 7 1 0． 42 0． 5 9 0． 9 1 0． 48 0． 45 0． 1 3 0． 9 2 0． 8 9 2 ． 对于评价体系后面的三个因素来讲是非定量 指标 ， 要转化成定 量指标 进行规 范。而针对非定 量 指标 ， 可以采用相对二元 比较法。具体作法是 若 目 标集 中 r 与 r 作二元对比， 当 r 比r 重要 ， 则令排序 标 度 r 1 ， r j0 ； 当 r 与 r 同等重要 ， 则令排序标 度 r r 0 ． 5 ； 当 r 比r 重要 ， 则令排序标度 r 0， r j 0． 5。 r 0 ． 5 0 ． 5 0． 5 3 [ 1 ] R 7 1 0 ． 5 0 ． 5 0 ． 5 I [ 1 ] L0 ．5 0 ． 5 0 ． 5 J [ 1 ] r 0 ． 5 1 0 ． 5 q [ 1 ] R 8 l 0 0 ． 5 0 l [ 2 ] L0 ．5 1 0 ． 5 ／ 『 1 ] r 0 ． 5 0 ． 5 1] l 1 j R 9 1 0 ． 5 0 ． 5 1 I [ 1 ] L 0 0 0 ．5 - 1 [ 2 ] 则其隶属度矩阵为 R9 [ 1 ， 1 ， 0 ． 8 2 ] 。 通过对以上评价 体系的九大 因素指标分析 ， 综 R 0． 5 1 0． 5 4 l 1 l 1 l 1 O． 8 7 0． 3 7 1 0． 4 2 0． 5 9 0． 9 1 0． 8 2 l 1 0． 4 8 0． 4 5 0． 1 3 0． 92 0． 8 9 1 1 0． 8 2 2 4 4 8 2 0 9 9 2 m ∞ ∞ O O O O O O O O O 2 2 2 3 3 2 1 3 2 2 3 2 2 I { 2 4 3 2 3 3 ● }；l 1 幻 如 如 如 第 4期 覃敏 ， 等 某矿 8 矿体采矿方法的优化选择 9 2 ． 4 确定最优方案 由模糊综合性评价运算得 Z Q n q 1 ， q 2 ， ⋯， q R 0 ． 7 8 9 ， 0． 7 6 6 ， 0 ． 7 3 6 根据计算数据大小排列次序为方案 I、 方案 Ⅱ、 方案 Ⅲ， 可知方案 工相比其它两个方案要显得优越 ， 从而选用 方案 工。经过几年 的生产实践 ， 认 为确实 可行 ， 开采矿床稳定 ， 采场作业安全 ， 并 为矿 山创造 了良好 的经济效益。 3 结论 本文是基于层次分析和模糊数学结 合的方法对 会泽铅锌矿 8 矿体的采矿方法进行优化选择 ， 最终 确定了上向进路充填采矿法。在该评价体 系中初步 确定了三大方案 ， 并从 中优化 ， 为此选择 了九大因素 指标 ， 通过层次分析法确定了各 因素指标 的权重 ， 并 结合模糊数学确定各 自的隶属度 ， 最终选出最优方 案。该方法分析全面 、 到位 ， 能够保证评价体系的客 观性 和可行性 ， 比较充分地减少 了人为主观 因素和 认知水平的限制 。 参考文献 [ 1 ] 于润沧 ． 采矿工程师手册[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 龚声武 ， 蔡明悦 ， 李夕兵 ． A HPF C E法在采矿方法优选 中的应 用 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 9 ， 2 6 1 4 1 4 9 ． [ 3 ] 王新 民， 赵彬 ， 张钦礼 ． 基于层次 分析和模 糊数 学的采矿 方法 选择[ J ] ． 中南大学 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 3 9 5 8 7 5 8 8 0 ． [ 4 ] 钟春晖 ， 赵奎 ， 郭秋根 ， 等 ． 基于关 系矩阵和模糊理论 的采空 区 稳定性综合评价[ J ] ． 矿业研究与开发， 2 0 0 6 ， 1 1 4 4 4 6 ． [ 5 ] 张晓晖， 王辉， 戴福初， 等 ． 基于关系矩阵和模糊集合的斜坡稳 定性综合评价[ J ] ．岩石力 学与 工程学 报 ， 2 0 0 0 ， 1 9 3 3 4 6 3 5 1． [ 6 ] 杨殿 ． 金 属矿 床地下 开采 [ M] ． 长沙 中南 工业大 学 出版社 ， 1 9 9 9． [ 7 ] B r a d y B ． H． G ． [ 澳] B r o w n E ． T ． [ 英] ． 地下采矿岩石力学 第三 版 [ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 8 ] 李学全 ． 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． 收稿 日期 2 0 1 2 0 4～1 6 T h e O p t i mi z a t i o n o f Mi n i n g Me t h o d i n 8 O r e B o d y o f S o me O r e QI N Mi n 一， XU B i ． g e n 一， T ANG S h a o h u i ， 2 1 ． C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a c h， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a； 2 ． S a t e K e y L i b o r a t o r y o f Me t a l Mi n e S a f e t y T e c h e n o l o g y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o e s t a b l i s h t h e e v a l u a t i o n s y s t e m o f t h e mi n i n g s c h e me mo r e o b j e c t i v e a n d s c i e n t i f i c ． t h p a p e r u s e d a me t h o d o f a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s i n c o mb i n a t i o n wi t h f u z z y ma t h e ma t i c s t h e o r y t o o p t i mi z e t h e i n i n g me t h o d． I t u s e d t h e a na l y t i c h i e r a r c h y pr o c e s s e t o d e t e r mi n e t h e v a l u e o f e v a l u a t i o n i n d e x e s ，a nd u s e d f u z z v a t h e ． ma t i c s t he o r y t o e v a l u a t e i t ． Th e r e f o r ， i t c o u l d ma ke t he s t a t i c ，d yn a mi c， q u a nt i t a t i v e a nd a u a nt i t a t i v e i nd e x o f t h e mmm g me t ho d un i f y t o f o r m a c o mpr e h e n s i v e s u p e r i o r d e g r e e s ．The o c c u r r e nc e c o n di t i o ns o f t he Hu i z e Pb ． Zn mi n i ng a r e a d e e p 8并0 r e b o d y a r e c o mpl e x， o f wh i c h a“ d e e p ，br o ke n， wa t e r ， s ma ll ”i s i n o n e s e t ．Th e r e s uI t o f o p- t i mi z a t i o n o f t h e mi n i ng me t ho d i s u pwa r d d r i f t s t o pi n g me t h o d． Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d； a n aly t i c h i e r a r c hy pr o c e s s ； f uz z y ma t h e ma t i c s ； c o mpr e h e n s i v e e v a l u a t i o n