某金矿采矿方法的模糊优化选择.pdf

2 2 四川有 色金 属 S i c h u a n N o n f e r r o u s Me t a l s 2 0 1 4年 9月 文章编号 1 0 0 6 4 0 7 9 2 0 1 4 0 3 0 0 2 2 0 5 某金矿采矿方法的模糊优化选择 廖耀福， 张万忠 广东宏 大爆破股份 有 限公 司 ，广 东广 州 5 1 0 6 2 3 摘要 针对影响采矿方法选择 的因素众多， 本文运用模糊数 学， 从劳动生产率、 经济、 资源利 用率、 安全、 合理程度等方面建立综合评价指标体 系， 确定综合评价体 系中各 因素的权重， 计算 出各个方案的优越度 ， 依 次分别 为0 64 4 、 0 ．6 4 0 、 0 ．4 7 3 ， 从 而确定上向水平分层充填法为该矿山 的最优 开采方案。实践证明， 该理论的应用在该矿山实际能起到 良好的经济效果 ， 同时， 也为相 似矿山采矿方案优 选提供 了一定参考。 关键词 模糊优化； 优越度； 评价指标 中图分类号 T D8 6 3 文献标志码 A Fu z z y Op t i mi z a t i o n o n t h e M i n i g M e t ho d i n a Go l d M i n e L I AO Y a o f u ， Z HANG Wa n z h o n g G u a n g d o n g Ho n g d a B l a s t i n g C o ． ， L t d , G u a n g z h o u 5 1 0 6 2 C h i n a Ab s t r a c t Fo r t h e ma n y f a c t o r s a f f e c t i n g t he t h e mi ni n g me t h o d s e l e c t e d， t hi s pa pe r t a ke s u s e o f t he f u z z y ma t h ， t o e s t a b l i s h a c o mp r e he ns i v e e v a l ua t i o n i n de x s y s t e m f r o m t h e f c t o r s s u c h a s l a b o r p r o d uc t i v i t y ，e c o n o my ， r e s o u r c e u t i l i z a t i o n ， s e c u r i t y ， a n d o t h e r a s p e c t s o f a r e a s o n a b l e d e g r e e ， t h e n d e t e r mi n e t h e we i g h t o f e a c h f a c t o r c a l c u l a t e v a rio us p r o g r a ms s u p e r i o r de g r e e s ，r e s pe c t i v e l y ，we r e 0 ． 6 4 4 ，0．6 4 0，0．47 3 ．u l t i ma t e l y d e t e r mi n e t he o p t i ma l e x p l o i t a t i o n i s t h e h o r i z o n t a l s t r a t i fi c a t i o n s c h e me f o r mi n e b a c k fi l 1 ． T h e P r a c t i c e h a s p r o v e d t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f t h e t h e o r y i n t h e mi n e c a n a c t u a l l y p l a y a g o o d e c o n o mi c r e s u l t s ， b u t a l s o p r o v i d e s o me r e f e r e n c e for s i mi l a r mi n e s mi n i n g p r o g r a m． Ke y wo r ds t h e f uz z y o pt i mi z a t i o n ； s up e r i o r i t y ； e v a l u a t i o n i n d e x 某金矿位于新疆哈巴河县县城北西约 4 0 k m处， 行政区隶属哈巴河县萨尔布拉克乡管辖。 矿区至哈 巴河县城有乡级公路， 行程 5 8 k m， 交通条件较为便 利。 矿区处于阿尔泰山脉北西段南麓低山丘陵区， 地 貌以剥蚀类型为主 ， 地势 由南向北逐渐增高 ， 海拔 高程 6 2 0 m～ 7 7 2 m， 相对高差 3 0 m 一 5 0 m， 最大高差达 1 5 0 m。 1 采矿地质概况及开采技术条件 矿区主体褶皱构造为多拉纳萨依一 阿克萨依 向 斜， 呈反“ S ” 形 ， 近南北向贯穿矿区中部。I、 Ⅱ、 Ⅲ号 作者简介廖耀福 1 9 8 5 一 ，男。主要从事矿山技术管理。 自南 向北分别为 Ⅱ、 I、 Ⅲ， 其 中Ⅱ矿床界于 6 8 2 8 勘探线 间。 现矿 山主要开采 Ⅱ号及 I 号矿床 。 矿体围岩由石英闪长岩 、 灰岩 、 绢云千枚岩 、 变 泥质粉砂岩组成 ， 矿体主要为蚀变岩型矿石， 与围岩 成渐变过渡关系。 近矿围岩普遍具有不同程度的热 液蚀 变和碎 裂岩化 、 糜棱 岩化现 象 ， 岩石 较 为破碎 。 特别是Ⅱ矿带矿体主要赋存于 F l 断层下盘的韧性 剪切带内， 矿体及围岩主要为变砂岩 、 千枚岩、 薄层 灰岩等 ， 岩体各向异性 ， 强度变化大 ， 其稳定性受构 造 、 片理 、 层理 、 节理发育程度的制约， 岩体稳定性 差 。绢 云千枚 岩 、 变 泥质粉砂岩遇水 易泥化 ， 形成片 第 3期 某金矿采矿方法的模糊优化选择 2 3 帮、 冒顶 、 整体坍塌等不稳定工程地质现象。 2 采矿方法选择 采矿方 法 的选择 是 比较 复 杂 的过 程 ， 它与矿 体 及围岩的物理力学性质息息相关 ， 同时， 它与矿山目 前现有的技术力量等因素密切相关。因此， 首先必须 对矿岩的物理力学性质进行必要的研究 ， 其次必须 结合矿山现有现状 ， 合理选择采矿方法。 2 ． 1岩石 力学性质 通过工程地质调查 ， 运用 R Q D值分级 、 R MR分 级 、 Q分级和 B Q分级四种方法对不同工程地质岩组 的岩石质量进行分级和评价得出 千枚岩岩组、 薄层 灰岩岩组岩体质量最差， 千枚岩岩组岩性较软， 节理 发育程度也较高 ， 岩体质量较差 ； 薄层灰岩的抗压强 度很高 ， 但其节理十分发育 ， 岩块分层现象非常严 重 ， 甚至无 法对 其 的岩 心取样 ， 其岩石 质量最 差 。 变 砂岩和闪长岩的单轴抗压强度较高， 其 R Q D值也相 应较高， 相对比较完整 ， 岩组岩体质量较好 。 其相关 力学性质如表 1 所示。 结合表 1 ， 同时对现场巷道 、 采场稳固情况和支 护情况的实地观测 ， 总结出该矿床的矿岩稳 固情况 为 ， 矿体 矿体 主要为变砂岩 和闪长岩 稳 固一 中等稳 固， 矿体上盘围岩不稳 固， 下盘围岩不稳固 上下盘 围岩主要为薄层灰岩和千枚岩 。 2 ． 2 采矿方法的初步选择 根据该金矿矿体为中厚一 厚 、 上下盘 围岩不稳 固、 矿体中等稳固一 稳 固、 矿体为急倾斜的开采技术 条件和地质特征 ， 综合考虑矿山的具体实际， 主要选 择 5 种采矿方案作为矿体的可选方案。该 5 种方案是 方案 I 现有采矿方法 一 浅孔留矿采矿法； 方案 Ⅱ一 静态留矿采矿法、 方案Ⅲ一 无底柱分段崩落法、 方案 Ⅳ一 上向水平分层水砂充填采矿法。 2 - 3 采矿方法模糊综合评判 由于影响采矿方法最终开采效果的因素众多 ， 且采矿活动对人员和周围环境的影响也是多方面 的， 单由某一因素的优劣来确定一个采矿方法是不 充分 的 ， 为此 ， 需综合各 因素来选择采矿方法 。目前 ， 广泛采用的方法有价值工程评判法 、 数值法、 灰色关 联分析法、 模糊数学决策法、 灰色决策法等等。由于 采 矿方 法 的优 与劣 本身 就是一 个模糊 概念 ， 鉴 于模 糊综合评判方法的强大功能与独特优势 ， 本研究采 用其对该矿区的采矿方法进行优化选择。 模糊优选的主要方法和步骤为 1 确定采矿方法选择的比较因素和指标 影响 采矿方法选择的因素很多 ， 考虑几个 主要方面 ， 按 照劳动生产率 、 经 济 、 资源利用率 、 安全 、 合理程度 等 几类选择如下因素进行 比较 生产能力、 年利润 、 千 吨采准比、 损失率 、 贫化率 、 安全状况、 通风条件 、 劳 动强度 、 工艺复杂程度、 对矿体适应性。 2 确定各因素的权重值 上述各因素对采矿方 法选择的重要程度是不相同的， 并且因各矿条件不 同各矿山间也有所差异 ， 所以需根据矿山具体条件 确定各因素的权重值。 为减少专家评议法的主观影 响， 在此采用层次分析法确定权重值。层次分析法 的第一步首先是根据各因素的隶属关系建立层次结 构模型， 该模型结构如图 1 所示。 在每一分层对各因 素采用表 2所示的 1 - 9标度方法两两 比较 ， 进行重 要性 评价 ， 得出模 糊判断矩阵。 表 1矿岩力学性质汇总表 Ta b ． 1 t he s umma r y o fo r e a n d r o c k me c ha n i c a l p r o pe r t i e s 序号 分组 容重／ k g m 抗压强度／ MP a 抗拉强 度／ M P a 弹性模量／ G P a 泊松 比 C ， MP a ／ o l 变砂 岩 2 7 3 6 ． 6 7 9 9 ． 3 7 9 6 ． 4 0 2 1 5 ． 3 8 0- 3 5 2 8 ． 6 6 2 3 8 ． 6 2 闪 长 岩 2 6 7 2 ． 4 2 6 3 _ 3 8 8 5 ． 0 6 4 7 ． 1 0 0．3 1 1 5 ． 5 6 5 4 3 ． 3 3 薄层灰岩 2 7 7 6 ． 3 3 1 0 9 ．0 3 4 4 ． 2 2 5 2 6 ． 1 0 3 8 ． 6 4 4 千枚 岩 2 3 5 5 ． 4 7 6 8 ． 9 3 7 2 ． 6 71 1 7 ． 4 8 3 6 ． 0 3 2 4 某金矿采矿方法的模糊优化选择 第 3期 f 选 择 采 扩 方 法 A l l 劳 动 生 产 率 B 1 l 经 济 因 素 B l l 资 源 利 用 率 B ， l l 安 全 因 素 B I I 合 理 程 度 B ， ．} ／ ／ ，／ ＼ ／ ．f ／ ／ ，／ ＼ ／ ／ L 生 利 千 损 贫 安 通 劳 工 对 产 润 吨 失 化 全 风 动 艺 矿 能 C 采 蛊 蛊 状 条 强 复 体 力 切 C c 况 件 度 杂 适 c 比 C c c 程 应 c ’ 序 性 c C 图 1采矿方案选择层次结构模型 F i g ． 1 T h e h i e r a r c h i c a l mo d e l o f mi n i n g p r o g r a m s e l e c t e d 表 2 判断矩阵标度及其含义 T a b ． 2 T h e s c a l e a n d t h e m e a n i n g o f t h e j u d g m e n t m a t r i x 标度 含 义 1 两 因素 相 比 ， 同样 重 要 3 两因素相 比， 一 因素 比另一因素稍微重要 5 两因素相 比， 一 因素 比另一因素明显重要 7 两 因素相 比， 一 因素 比另一因素强烈重要 9 两 因素相 比， 一 因素 比另一因素极端重要 2 4 6 8 上述两相邻判断值 的中间值 因素 i 与 因素 j 比为 C ， 因素 J 与因素 i 比为 倒数 ％l ／ c j ①判断矩阵A B 表 3 判断矩阵 A B结果表 T a b ． 3 t h e r e s u l t o f j u d g me n t ma t r i x A - B A Bl B2 B3 B4 B5 Bl 1 1 ／ 3 1 ／ 3 1 ， 5 5 B2 3 1 7 1 5 B 3 3 1 ， 7 1 1 ， 5 1 ／ 3 B4 5 1 5 1 3 B5 1 ／ 5 1 ／ 5 3 1 ／ 3 l ②判断矩阵 B 一 c 表 4 判断矩阵 B 。一 C结果表 T a b A t h e r e s u l t o f j u d g me n t ma t ri x B 】- C Bl Cl C1 1 ③判断矩阵B 2- -C 表 5 判断矩阵 B r 七 结果表 T a b ．5 t h e r e s u l t o f j u d g me n t ma t ri x B 2- C B2 C2 C3 C4 C5 C 2 1 5 3 3 C 3 l ， 5 1 3 3 C 4 1 ／ 3 1 ／ 3 l l C5 1 ／ 3 1 ／ 3 l 1 ④判断矩阵 B 3 - C 表 6 判断矩阵 B 厂C结果表 T a b ．6 t h e r e s u l t o f j u d g me n t ma t ri x B 厂 C B 3 C 4 C 5 C4 l l C5 1 1 ⑤判断矩阵B 4 - C 表 7 判断矩阵 B r C结果表 T a b ．7 t h e r e s u l t o f j u d g m e n t ma t ri x B 4 - C B C6 C7 C8 C6 1 3 7 C 7 1 ／ 3 l 3 C 8 1 ／ 7 1 ／ 3 1 ⑥判断矩阵B r - C 表 8 判断矩阵 B r 结果表 T a b ．8 t h e r e s u l t o f j u d g m e n t m a t r i x B 广C B 5 C8 C 9 C1 0 C 8 1 3 1 ／ 3 C9 1 ／ 3 l 1 ／ 3 C10 3 3 l 为 了检验判 断矩 阵 的相 容性 ， T ．LS a a t y定 义 了 一 个不 相容度 C／ 一 l 当 C I 0 ． 1时， 认为判断矩阵的相容性好 ， 否则 就要对判断矩阵进行重新调整。由上式可见， 为计算 C I ， 首先要求出矩阵的最大特征根。为简化计算 ， 也 可采用 变通方法 ， 即如 果矩 阵 A满 足 a i ≥1 、 a j ≥1 、 ≥1 ， 就认为矩阵 的相容性好。 可见 ， 上述各矩阵相容性好， 则可用矩阵的最大 特征根 k ma x 对应的向量 ∈ 作为权重向量。 采用变通 算法 时 ， 用下式计算每层 中各因素的权重值。 第 3期 某金矿采矿方法的模糊优化选择 2 5 得出矩阵权重值并经归一化后为 F _ O ．0 9 8 ， 0 ． 3 8 6 ， 0 ．0 7 5 ， 0 ． 3 6 1 ， 0 ．0 8 0 B l 1 ． 0 B z 0 ． 5 2 8 ， 0 ． 2 3 6 ， 0 ． 1 1 8 ， 0 ． 1 1 8 B ] O ． 5 0 0 ， 0 ． 5 0 0 B 4 O ． 6 6 9 ， 0 ． 2 4 3 ， 0 ． 0 8 8 B s 0 ．2 8 1 ， 0 ． 1 3 5 ， 0 ．5 8 4 则 B 、 B 、 B 、 B 、 B 对 C层中各 因素的单值序值 矩阵为 表 9 各因素单值序值矩阵 T a b ．9 s i n g l e v a l u e f o r e a c h f a c t o r s e q u e n c e r ma t r i x d b Cj C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 B1 1 ． O O 0 0 0 O O O 0 0 B 2 0 0 ． 5 2 8 0 ． 2 3 6 0 ． 1 1 8 0 ． 1 1 8 0 0 0 0 0 B3 0 O 0 0 ． 5 o o 0．5 0 0 O 0 0 O O B 4 0 O O 0 0 0 ．6 6 9 0 ． 2 4 3 0 ．0 8 8 0 0 B5 0 0 0 O 0 0 O 0．28 1 0 ． 1 3 5 0 ． 5 8 4 所以 ， C l 、 C 2 、 C 3 、 C 4 、 C 5 、 C 6 、 C 7 、 C 8 、 C 9 、 C 1 o 对 目标层 A的总排序权重值为 W F B 0 ． 0 9 8， 0 ． 2 0 4 ， 0 ．0 9 1 ， 0 ．0 8 3 ， 0 ．0 8 3， 0 ．2 4 2 ，0 ． 0 8 8， 0 ．0 5 4 ， 0 ．0 1 1 ， 0 ．0 4 6 3 多目标模糊决策法优选采矿方法 由表 9 得各比较因素的指标如表 1 O所示。 指标 范围值取其平均值。 在开始多 目标模糊优选之前， 需对各因素的指标 进行无量纲化 ， 以使各因素具有可比性。具体方法 为 对定 量指标 ， 由下式确定 『0 ．1 ， 为 负 指 标 l d 10 ．1 ， 为 正 指 标d 【 式中 ￡ 因素指标的最大值； 一 因素指标的最小值 ； d一 级差 ， d f j m a x - f j ra i n ／ 1 - 0 ． 1 ； i 方案 j 因素的指标值。 表 1 0 各方案主要因素指标表 T a b ． 1 0 M a j o r f a c t o r s i n d e x o f e a c h p r o g r a m 指标 方 案 序号 单位 现行的采矿方 名称 方 案 Ⅱ 方案 Ⅲ 方案Ⅳ 法 方案 I 生 产 1 t ／ d 1 5 0 8 0 0 1 0 0 2 0 0 能力 千 吨采 2 m／ k t 4 ． 4 7 1 0 ．0 9 5 ． 8 1 5 ． 2 7 准 比 3 利润 万元／ a 3 9 2 5 7 3 2 3 3 8 4 4 3 0 4 2 8 3 7 1 4 损失率 ％ 3 0 2 0 1 5 5 0 5 贫化率 ％ 1 0 2 0 1 0 1 0 安全 6 较好 好 较差 较差 状 况 通 风 7 由 差 中 由 条件 劳动 8 较差 好 由 较差 强 度 工艺复 9 较好 较好 较差 较好 杂程度 对矿体 1 0 较好 差 好 较好 适应性 对定性指标采用等级评定法 ， 按下列九级赋值 标准给出评定值 最差 很差 差 较差 中 较好 好 很好 最好 O ． 5 0． 6 0． 7 0 ． 8 0 ． 9 1 ． 0 由此可得这五种采矿方案的评价模糊矩阵 R为 R O ． 1 O 6 1 0 ． 6 43 0 ． 20 6 1 O ． 6 5 0 ． 5 5 0 ． 4 5 O． 6 5 O． 6 5 l O 0 ． 3 6 6 0． 4 7l 0 ． 3 2 5 0 ． 7 5 O． 3 5 0． 7 5 0． 6 5 O_ 3 5 O 0 ． 7 8 5 l 1 l 0 ． 4 5 0 ． 5 5 0 ． 5 5 0 ． 4 5 O． 7 5 0 ． 2 2 9 0 ． 8 6 9 O 0 O 0 ． 4 5 O ． 5 5 0 ． 4 5 0 ． 6 5 O ． 6 5 2 6 某金矿采矿方法的模糊优化选择 第 3期 运用加权平均模型对各方案进行评价， 计算结果 为 A W R 0 ．6 4 0， 0 ． 4 7 3， 0 ．6 4 4， 0 ．4 1 8 根据最大隶属原则 ， 排定各方案的优劣次序 ， 四 种采矿方法从优到劣的次序依次是 方案 5 一方案 2 一方案 3 一矿山现行方案。 即方案 5 一 上向水平分层 水砂充填采矿法方案最优； 方案 2 一 静态留矿采矿法方 法方案次之， 方案3 - - 底柱分段崩落法再次之。 合该矿的开采技术条件。 2 将模 糊数学理论运用于采矿 方案的选择 中 ， 该方 案能够 全面 的确定 评价 系统 的各 因素 的权重 ， 避免了传统的评价方法在确定权重时的片面性 ， 为 矿山工作人员做出决策提供一种快捷便利性。 参考文献 Ⅲ 1 葛文杰． 利用模糊数学法对采矿方法进行综合评判和选择 3 结论 f2 ] 杰 ， 白 雪 ．基 2 0 于 1 层次分析法和模糊数学法的企业内部要 ．矿业工程， 2 0 3 1 4 _ 1 7 ． 1 针对该矿 的开采 技术条件 ， 初选 了三种 采矿 方法 上 向水平分 层水砂 充填采矿法 ， 静 态留矿采矿 法 ， 无底柱分段崩落法 ， 运用模糊数学理论进行研究 【 】 分析 ， 得出这三种备选方案的优越度分别为 0 ． 6 4 4 、 【 4 ] 0 ． 6 4 0 、 0 ．4 7 3 。即上向水平分层水砂充填采矿法更适 素评价叨． 西南农业大学学报 社会科学版 2 0 1 1 o 4 1 8 9 - 1 91 ． 邹仪怀， 江成玉， 李春辉， 等． 基于层次分析法和模糊数学法 的煤矿安全生产评价【 J J． 工矿 自动化， 2 0 1 O 1 0 8 0 - 8 5 ． 王新民， 赵彬， 张钦礼．基 于层次分析和模糊数学的采矿方 法选择叨． 中南大学学报， 2 0 0 8 0 5 8 7 5 8 8 0 ． 上接第 2 1页 6 结论 我国贫磁铁矿资源丰富， 开发此类铁矿石对国 民经济发展意义重大。 贫磁铁矿原矿品位低 ， 选矿比 大， 依靠常规选矿工艺流程和设备来处理存在经济 上不合算。如果采用预先富集 ， 抛除大部分合格废 石， 避免了对大部分废石的运输和磨矿处理 ， 可大幅 度降低贫磁铁矿的生产成本 ， 开发利用得当是有利 可图的。 该贫磁铁矿中伴生的磷、 钛 ， 因成本原因没 有 综合 回收利用 。 磷灰石 中的磷作为农业上 的磷肥 ， 钛铁矿 中的钛在航 空航 天 中用途广泛 ， 当磷 、 钛 市场 价格 回暖时 ， 需考虑综合 回收 。 参考文献 [ 1 ] 冯守本． 选矿厂设计l M1． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 7 ， 1 8 ． I 2 ] 李永聪 ， 陶清泉．极贫磁铁矿石的选矿试验研究与生产实 践阴． 金属矿山， 2 0 0 1 ， 3 0 5 1 1 3 7 3 9 ． 【 3 ] 张桂芳 ， 吕增建．磁选在稀土矿提钪 中应用试验研究【J 1． 有 色金属 选矿部分 ， 2 0 0 7 ， 6 1 O L _ 1 3 ． 【 4 I 李中念 ， 张振芳， 严国栋． 河北省超贫磁铁矿资源与开发利 用分析I J 1． 河北冶金 ， 2 0 0 6 ， 3 1 _ 4 ． f 5 ] 王庆 ， 谢强 ， 董恩海． 贫磁铁矿的湿式预选试验及分析【 J J ． 金 属矿 山 ， 2 0 0 3 ， 3 1 9 1 2 3 2 5 ． I 6 1 王春生， 贾润喜 ， 冯金海， 等． 黄金选矿破碎工艺综合改造实 践叨． 有色金属 选矿部分 ， 2 0 0 7 ， 6 1 7 - 2 0 ． [ 7 ] 抚顺隆基电磁科技有限公司． L C G系列干式粉矿预选机 中国 ， Z L 2 0 O 5 2 0 O 9 3 0 6 6 ． 6 ， 2 0 0 5 1 2 1 5 ．