模糊决策优化采矿方法的运用.pdf

第 3 5卷 第 2期 昆明理工大学学报 理工版 h t t p ／ ／ ww w． k u s t j o u r n a 1 ． c o rn／ V o 1 ． 3 5 N o ． 2 2 0 1 0年 4月 J o u r n a l o f K u n mi n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy A p r ．2 0 1 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 8 5 5 x ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 0 2 模糊决策优化采矿方法的运用 寇明遥 ， 王永智 ， 邬 煜 ， 黄九民 1 ． 白银 石晋矿业 有限公司 ， 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 ； 2 ． 西北矿冶研究 院 ， 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 ； 3 ． 中国有色金属工业第十四冶金建设公司， 云南 昆明 6 5 0 0 5 1 ； 4 ． 安徽太平矿业有限公司， 安徽 濉溪 2 3 5 1 1 5 摘要 前常铜铁矿采矿改扩建前， 采 用房柱法和崩 落法对矿 山进行开采． 由于矿 山地 处淮北平 原， 地形平坦， 全为第四 系覆盖 ， 无岩石 出露， 开采技术条件复杂 ， 原采用采矿方法损 失率大， 贫化 率高， 安全性差． 因此 ， 对前常铜铁矿采矿改扩建期 间的各种采矿方法， 运用模糊决策理论 ， 从模 糊决策角度进行优化 ， 从而得 出了适合前常铜铁矿矿床开采的采矿方法， 对平原地 区矿 山开采具 有一定的借鉴和研究价值． 关键词 模糊决策； 优化 ； 采矿方法； 运用 中图分类号 T D 2 6 5 ． 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 78 5 5 x 2 0 1 0 0 2 0 0 0 5 0 5 App l i c a t i o n o f Opt i mi z a t i o n M i ni n g M e t h o d o f Fuz z y De c i s i o n K OU M i n g y a o ，W ANG Yo n g z h i ，W U Y u 。 ，HUANG J i u m i n g 1 ． B a i y i n S h i j i n Mi n i n g C o ．L t d ， B a i y i n ， G a n s u 7 3 0 9 0 0， C h i n a ； 2 ． No h w e s t Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g＆ Me t a l l u r g y ，Ba i y i n，Ga n s u 7 3 0 9 0 0，Ch i n a ； 3 ． No ． 1 4 Me t a l l u r g i c a l C o n s t r u c t i o n C o ．Na t i o n a l No n f e r r o u s I n d u s t o f Ch i n a ，K u n mi n g 6 5 0 0 5 1 ，C h i n a ； 4 ． A n h u i T a i p i n g Mi n i n g C o ．L t d ，S u i x i ， A n h u i 2 3 5 1 1 5 ， C h i n a A b s t r a c t B e f o r e t h e t r a n s f o r ma t i o n a n d e x p a n s i o n o f Q i a n c h a n g d e l a f o s s i t e ， r o o m a n d p i l l a r mi n i n g w a s m a i n l y a d o p t e d ．D u e t o t h e f a c t t h a t t h e t e r r a i n i s fi a t a n d c o m p l e t e l y c o v e r e d b y t h e Q u a t e r n a r y w i t h o u t r o c k o u t c r o p s ， mi n i n g a n d t e c h n i c a l c o n d i t i o n s a r e c o mp l i c a t e d ．Th e l o s s a n d di l u t i o n r a t e wa s h i g h，a n d t h e s e c u rit y wa s p o o r ． T h e r e f o r e ，t h e f u z z y d e c i s i o n i s a d o p t e d i n t h i s p a p e r t o o p t i mi z e t h e v a ri o u s mi n i n g me t h o d s ．T h e o p t i mi z e d me t h o d ma y b e r e f e r e n t i a l a n d s i g n i f i c a n t t o o t he r s i mi l a r mi n e s ． Ke y wor d sf uz z y d e c i s i o n；o pt i mi z a t i o n；mi n i ng me t h o d；a p p l i c a t i o n O 引 言 矿山设计工程中 ， 采矿方法选择是一项极其复杂而重要的过程． 一般经过方案初选 ， 技术经济比较和 综合分析三个阶段来确定采矿方法 ， 并在实际中进行验证 ， 最后确定矿山的主体采矿方法 ， 这一过程需要 较长的时间． 一旦所选择的采矿方法试验失败， 除了造成资源的浪费外， 还必须进行其它方法的选择和试 验． 白银公司小铁山矿在 1 9 8 6年技术改造时 ， 采矿方法原则由崩落采矿法变更为充填采矿法 ， 但在充填采 矿法中， 先后进行 了低分段 、 分条风沙充填采矿法 、 高分段 、 分条尾砂胶结充填采矿法 、 机械化上向巷道式 胶结充填采矿法、 菱形梯段胶结充填采矿法等的试验工作 ， 耗时近 9年 ， 1 9 9 5年才确定矿 山的主体采矿方 法 机械化上向巷道式胶结充填采矿法 ． 虽然总体原则是充填采矿法 ， 但充填采矿法的方法很多 ， 而影响采矿方法选择的因素很多， 参 与比较 的经济技术指标缺乏公度性 ， 有时相互矛盾 ， 某些技术因素还不能定量 比较 ， 而设计者往往受实际经验和 判断能力等方面的限制， 使选得的最优方案未必最优， 难免带有主观性； 而且有时还存在经过比较后还留 收稿 日期 2 0 0 91 2 2 8 ． 基金项 目 中国黄金集团公司资助项 目 项 目编号 k y s 0 8 0 2 ． 第一作者简介 寇明遥 1 9 6 8一 ， 男 ， T程师 ． 主要 研究方向 矿 山技术 ． Ema i l w a n g y o n g z h i 6 9 1 2 6 ． c o rn 6 昆明理工大学学报 理工版 h t t p ／ ／ w w w． k u s t j o u r n a 1 ． c o m／ 第3 5卷 有几个难以凭经验判断其优劣的方案． 为了克服上述方法的不足 ， 国内外采矿工作者积极寻求新的途径 ， 特别是近年来随着应用科学、 电子计算机及其它软科学的发展 ， 许多矿业工作者从不同角度 ， 如模糊数学、 价值工程 、 灰色理论等 ， 对采矿方法选择进行了有益的探讨 ， 有效地解决了采矿方法方案中的完全定量化 问题 ， 较好地综合了各评价指标的影响． 1 基本概况 前常铜铁矿基建于 1 9 7 3 年， 矿山采用竖井加盲斜井联合开拓方式． 2 0 0 7 年前， 前常铜铁矿采用房柱 法和崩落法进行采矿． 主要有 一1 8 0 m、 一2 4 0 m二个主要作业生产中段 ， 这二个中段又派生了 一1 5 0 m、 一 2 2 0 m和 一 3 0 0 m等多个盲 中段 有的分层不能进入 ． 对 一 2 4 0 m水平以上地质报告中矿体厚大和铜品位 较高的矿体进行了开采， 到目 前为止， 一 2 4 0 m以上铜矿体都已开采， 采空区主要是在一1 5 0 m、 一 1 8 0 m、 一 2 2 0 m和 一 2 4 0 m四个分层之间， 一1 8 0 m至 一1 5 0 m标高内已形成 l 2个采空区， 一 2 2 0 m至 1 8 0 m标高 内 已形成 2 4个采空区， 一2 4 0 m至 一 2 2 0 m标高内已形成 8 个 采空区， 其它还有一些未知采空区． 这些采空 区是根据地质报告提交的地质资料 ， 采用盲上 山或下山直奔矿体 品位高 、 矿体厚大部位 ， 形成若干盲分层 对勘探线附近矿体追索开采， 造成矿体在走向上未探明 ， 同时也造成矿石极大损失． 从 目前掌握的资料分析， 地质探矿是利用追索矿体的工程进行坑内钻探矿， 坑内钻也只局限勘探线附 近很小的范围内， 没有加密工程对矿体走向上的连接进行验证， 如果矿体形态发生变化 ， 探矿工程没法跟 进． 现在根据已有采空区推测矿体空间形态难度大 ， 资料也不确切． 前常铜铁矿地处淮北地区， 地形平坦 ， 全为第四系覆盖， 无岩石出露． 沉积岩受岩浆岩的侵人、 吞蚀造成地层缺失， 加之蚀变强烈， 矿体顶板主要 为金云母透辉石矽卡岩 、 金云母蛇纹岩． 底板主要为金云母蛇纹岩、 透辉石矽卡岩 ， 次为蚀变石英正长闪长 玢岩． 矿体中的夹石为透辉石矽卡岩和蛇纹岩 J ． 2 开采技术条件 矿体 的工程地质条件与矿石的 自然类型有关． 方解石 白云石 磁铁矿石 、 透辉石磁铁矿石 、 蛇纹石磁 铁矿石和硅镁石磁铁矿石， 完整坚硬， 裂隙不发育， 仅有时局部地段方解石充填裂隙发育， 其工程地质条件 较好． 绿泥石金云母磁铁矿石多松、 软、 碎， 且闭合裂隙发育， 其工程地质条件较差． 矿体顶底板岩石的工程地质条件与其岩石的岩性、 蚀变类型及蚀变程度有关． 组成矿体顶底板岩石的 岩性变化较大 ， 其 中主要有 各种矽卡岩 、 大理岩 条带状大理岩 、 白云质大理岩等 、 碳酸盐化绿泥石 金 云母 化石英正长闪长 玢 岩和其它各种蚀变石英正长闪和 玢 岩、 石英闪长玢岩等． 其中大理岩和石榴 子石透辉石矽卡岩 ， 岩石较完整 ， 裂隙不发育 ， 其工程地质条件 良好． 碳酸盐化绿泥石 金云母 化石英正 长闪长 玢 岩， 岩石多呈松、 软、 碎状态， 其破碎程度较严重， 常构成 3 0～ 5 0 m的破碎带， 且破碎带的产状 常与矿石产状一致． 如 I 号和Ⅵ号矿带， 所以工程地质条件应为极差． 其它各种蚀变石英正长闪长 玢 岩 、 石英闪长玢岩， 岩石较破碎， 其工程地质条件一般较差． 蚀变愈强 ， 岩石愈破碎， 工程地质条件即愈差． 3 采矿方法方案的优选 在采矿方法方案选择时 ， 要考虑 的影响因素很多 ， 为简化优 化模型， 按照安全、 经济、 高效和资源利用率高的基本原则， 以采 矿方法方案的生产能力 、 采矿工效 、 矿石损失率 、 贫化率 、 采切 比、 采充成本 、 安全程度、 工艺简单程度、 对矿体适应程度及矿山 对方案熟悉程度 1 0项指标作为方案比较因素． 其优化选择过程 如图 1所示． 1 模糊矩阵的形成 ①定量指标隶属度的计算 参与比较的定量指标包括 生产能力 、 采矿工效 、 矿石损失 采矿方法初选所得方案集 推测技术经济指标 计算权系数和模糊关系隶属度矩阵 计算各方案相对选择率矩阵 图1 模糊综合评判终选采矿方法过程图 F i g ． 1 F u z z y c o mpr e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f fi n a l s e l e c t i o n mi n i n g me t h o d s 第 2期 寇明遥， 王永智 ， 邬煜， 等 模糊决策优化采矿方法的运用 7 率 、 贫化率 、 采切 比、 采充成本． 根据所提出的采矿方法方案特点 ， 以及矿山对采矿方法方案的技术经济指 标的要求， 并参考 国内外同类矿山的实际指标 ， 推算 出各采矿方法方案 的技术经济指标值 ， 如表 l 所示 表 1 采矿方 法方案主要技术经济指标 Ta b ． 1 P dma t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c i n d i c a t o r s o f mi n i n g me t h o d s 定量指标相对隶属度按下式计算H ， 对于正指标 越大越优 ， 有 对于负指标 越小越好 ， 有 1 } 一{ { 一{ 也 O 0 { 1 一{ 4 { 一{ 1 { { ≥ { { { { { ≤l a { ≥ { p { { { A ≤ f 式 中 u 一 方案 指标 的隶属度 一i 指标的上限值 一 指标的下限值． 根据上述方法得到定量指标 的隶属度矩阵为 _。。 1 0． 9 2 l 0． 3 l 1 0 0． 5 1 0 ． 4 3 1 0． 5 ②定性指标隶属度计算 参与 比较 的定性指标为 安全程度 、 工艺简 单程度 、 对 矿 体适 应 程 度 及 矿 山对 方 案 熟 悉 程度． 首先对定性指标赋以模糊定量值 ， 然后用二 元对 比排序法求其隶属度． 将定性指标按其重要程度划分为 5个等级 ， 请有经验的专家赋以定量值， 如表 2 ～ 表6 所示． 于是得到判断矩阵 B 6 i ． 其中 b 厶 ， 且满足 b 1 ， b 1 ／ i ， ． 1 ， 2 ， ⋯ ， m ； O ． 6 7 O O． 3 0 0 0 0． 5 1 0 ． 3 4 0 0． 5 0 表 2 指标重 要程度分级赋值 Ta b． 2 I m po r t a nc e of t he c l a s s i fic at i o n a s s i g nme n t o f i n d i c a t o r s 当 6 ≥1时 ， 令 6 1 ． 这 时判断矩阵 B 6 i 即为二元对 比排序法 的相及矩阵， 对矩 阵每行取小 ， 就得出该指标的隶属度． 8 昆明理工大学学报 理工版 h t t p ／ ／ w ww ． k u s t j o u r n a 1 ． c o rn ／ 第 3 5卷 对于所提出的各方案 A ．两 步 骤 深 孔 回采 嗣 后 充 填 采 矿 法 方案 1 ； B ．两步骤分段中深孔 回采嗣后充填采矿法 方案 2 ； C ．中深 孔 连 续 回 采 嗣 后 充 填 采 矿 法 方案 3 ； D ．分条中深孔 或浅孔 连续 回采充填采矿 法 主案 4 ． 各定性指标的相对隶属计算如下 由此得到各种采矿方法方案定性指标 的隶 属度如下 0 。 ． 3 3 0． 3 3 0 ．三3 31 0 5 1 1 厂 ． R 0． 9 2 0 ． 3 1 0 ． 5 0． 43 O ． 5 0 ． 5 0． 3 3 l 0． 5 0． 6 7 0 ． 3 0 0． 5 0． 3 4 0． 5 1 0． 3 3 O． 5 0． 5 2 权矩阵的形成 对上述 l O个因素对采矿方法影响的权重， 按五级评分规则打分 ， 由此构造判断矩阵 B B 6 5 5 0 0． 4 5 6 0． 5 8 8 0 0 ． 6 6 8 0 4 7 0 67 0． 7 3 5 O． 7 5 6 0 0 ． 5 8 7 0 7 8 0 7 5 O ． 8 7 0 ．8 5 7 5 0． 8 5 6 8 0 7 8 5 8 0 0 ． 7 5 9 0 ． 6 5 8 0 0． 7 8 7 5 6 计算各因素权重值 ， 经归一化处理得权矩阵 表 3 安全程度 Ta b ． 3 De g r e e o f s a f e t y 表 4 工艺简单程度 Ta b ． 4 S i m p l e n e s s of t h e p r o c e s s 表 5 对矿体适应程度 Ta b ． 5 De g r ee of a d a p t a t i o n t o the o r e b o d y 表6 矿山对该方案的熟悉程度 Ta b ． 6 M i n e f a mi l i a r i t y wi t h the p r o g r a m 6 0 7 0 6 5 70 8 5 8 0 7 5 70 65 7 O 0． 8 0 ． 8 O． 5 5 0． 4 2 0． 8 5 7 8 6 4 7 0 ． 6 5 0 ． 7 0． 8 5 0． 5 5 0． 65 7 0 9 0 40 50 6 0 O． 7 0 ． 6 0 ． 5 0 ． 3 O． 6 5 7 8 4 3 5 7 0 8 0 7 0 60 7 0 7 8 5 4 8 0 0 0●O O● OO 5 ● ●0●●●● ● { 三 ； 5 { 三 ； 5 { 三 ；5 第 2期 寇明遥 ， 王永智 ， 邬煜， 等 模糊决策优化采矿方法的运用 9 厂 一 m √ 珥 6 O g O ／ l ， 2 ， ⋯， 1 0 7 ． 3 6 ， 8 ． 2 8 ， 9 ． 5 2 ， 9 ． 5 0 ， 7 ． 1 4， 8 ． 8 5 ， 9 ． 5 8 ， 7 ． 1 7 ， 5 ． 8 3 ， 8 ． 7 1 归一化处理后为 0 ． 0 9 0 ， 0 ． 1 0 1 ， 0 ． 1 1 6 ， 0 ． 1 1 6， 0 ． 0 8 7 ， 0 ． 1 0 8 ， 0 ． 1 1 7 ， 0 ． 0 8 7， 0 ． 0 7 1 ， 0 ． 1 0 6 4模糊综合评判 C aRc 根据上式计算结果 ， C值越大的方案 ， 相对选择率越高． 将上述过程采用计算机处理 ， 程序框图为图 2 ． 计算结果为 C 。 R 0 ． 8 4 7 5 ， 0 ． 5 8 9 7 ， 0 ． 4 6 6 4， 0 ． 3 3 2 2 5 结 论 最适合安徽太平矿业有 限公司前常铜铁矿采矿方法依次是 ① 两步骤深孑 L 回采嗣后充填采矿法； ② 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采矿法； ③ 中深孔连续回采嗣后充填采矿法； ④ 分条中深孔 或浅孔 连续回采充填采矿法． 开始输入m、n 输入模糊矩阵 输入权矩阵 按各种计算模型计算c l 输出 模糊决策结 果c 结束 图2 模糊综合评判计算机处理程序 Fi g ． 2 F u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n f o r c o mp u t e r p r o c e s s i n g p r o g r a m 经过模糊数学综合评判推荐安徽太平矿业有限公司前常铜铁矿厚大 3 0～ 4 0 m 矿体采矿方法为“ 两 步骤深孔 回采嗣后充填采矿法” ， 中厚矿体 1 5 3 0 m 采矿方法为“ 中深孑 L 连续 回采嗣后充填采矿法” ， 1 5 m以下矿体采用“ 分条中深孔 或浅孔 连续 回采充填采矿法” ． 参考文献 [ 1 ]冯冬青， 谢宋和． 模糊智能控制[ M] ． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ]西北矿冶研究院， 安徽太平矿业有限公司． 安徽前常铜铁矿前期生产规模论证报告[ R ] ． 西北矿冶研究院， 2 0 0 8 ． [ 3 ]西北矿冶研究院， 安徽太平矿业有限公司． 安徽前常铜铁矿采矿方法试验与研究报告[ R] ． 西北矿冶研究院， 2 0 0 9 ． [ 4 ]长沙矿山研究院 ， 国家金属采矿工程技术研究中心． 安徽太平矿业有限公司前常铜铁矿采矿方法论证研究报告[ R] ． 长沙矿 山研究院 ， 2 0 0 7 ． [ 5 ]G o r z a l c z a n y M B ． A me t h o d o f i n f e r e n c e i n a p p r o x i ma t e r e a s o n i n g b a s e d o n i n t e r v a l v a l u e d f u z z y s e t s [ J ] ． F u z z y S e t s a n d S y s t e ms ． 1 9 8 7， 2 1 1 ll 7 ．