新桥硫铁矿采矿方法模糊选择.pdf

第 2 8卷第 4 期 2 0 0 8年 1 2月 安徽理工大学学报 自然科学版 J o u r n a l o f An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Na t u r a l S c i e n c e Vo 1 ． 2 8 No ． 4 De c ． 2 0 0 8 新桥硫铁矿采矿方法模糊选择 赵 彬 ， 王新 民， 张钦礼 中南大学资源与安全工程学院 ， 湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要 应用模糊数学原理对新桥硫铁矿8勘探线以东难采矿体的采矿方法进行优选， 建立 了 影响采矿方法选择的定量和定性指标体 系， 应 用层次分析法确定影响 因素的权重， 并对定量和 定性指标分别计算隶属度 ， 最终得到待选择方案 的综合评判向量 O ． 9 6 0 ，0 ． 8 0 4 ，0 ． 8 6 5 ， 即 优越度分别为9 6 ． 0 、 8 0 ． 4 ％和8 6 ． 5 ％， 从而确定方案 I 最优。 矿山实践表明， 模糊选择的采矿 方 法较好 地适 用于 生产 ， 取 得 了良好 成效 。 关键词 难采矿体； 采矿方法； 层次分析法； 模糊数学 中图分类号 TD8 5 3 ． 3 4 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 1 0 9 8 2 0 0 8 0 4 0 0 2 1 0 5 Fuz z y Cho i c e o f M i ni n g M e t h o d i n Xi nq i a o Py r i t e M i ne Z HAO Bi n， W ANG Xi n rai n， ZHANG Qi n l i S o h o o 1 0 f Re s o u r c e s a n d S a f e t y En g i n e e r i n g’Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y，Ch a n g s h a Hu n a n 4 1 0 0 8 3’ Ch i n a Ab s t r a c t Fu z z y ma t h e ma t i c s wa s u s e d t o o p t i mi z e t h e c h o i c e o f mi n i n g me t h o d s f o r t h e d i f f i c u l t mi n i n g o r e b o d y t O t h e e a s t o f No ．8 p r o s p e c t i n g l i n e i n Xi n q i a o Py r i t e Mi n e ．Th e q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v e i n d e x s y s t e ms o f f a c t o r s i n f l u e n c i n g o n mi n i n g me t h o d s c h o i c e we r e s e t u p ．Th e we i g h t s o f t h e s e f a c t o r s we r e e s t a b l i s h e d b a s e d o n a n a l y t i c a l h i e r a r c h y p r o c e s s me t h o d，a n d t h e me mb e r s h i p d e g r e e s o f q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v e i n d e x e s we r e s e p a r a t e l y c a l c u l a t e d ．T h e s y n t h e t i c a s s e s s me n t v e c t o r o b t a i n e d i s 0 ． 9 6 0，0 ． 8 0 4 ，0 ． 8 6 5 ，n a me l y t h e s y n t h e t i c s u p e r i o r i t y d e g r e e o f mi n i n g me t h o d s 9 6 ． O ，8 0 ． 4 ， 8 6 ． 5 ，r e s p e c t i v e l y ．S o，t h e me t h o d I i s t h e b e s t ．M i n i n g p r a c t i c e i n d i c a t e s t h a t t h e mi n i n g me t h o d s e l e c t e d b y f u z z y c h o i c e i s g o o d f o r mi n i n g p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s d i f f i c u l t mi n i n g o r e b o d y；mi n i n g me t h o d s ；a n a l y t i c a l h i e r a r c h y p r o c e s s ；f u z z y ma t h e ma t i c s 传统的采矿方法选择， 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[ 1 也 ] 。特别是矿体开采技术条件较复杂时， 可供选 择的采矿方法在技术经济上优劣不明显， 传统方法 就不可避免地带有主观意念， 甚至做出错误决策。 由于采矿工程特殊复杂的客观条件 ， 以及传统 方法的局限性 ， 要达到全面、 准确的择优效果是极 其困难的。 而模糊数学思想被广泛应用于系统工程 中， 能够把那些只能定性描述的模糊概念、 推理 、 判 断及模糊决策数学化、 定量化， 较好地解决多层次、 多因素、 多 目标、 多指标的决策问题 引。新桥硫铁 矿 8勘探线以东难采矿体应用模糊数学思想进行 采矿方法优选， 取得了良好的成效 。 1 开采技术条件 安徽省铜陵市新桥硫铁矿是一座以硫为主 ， 伴 生铜、 金、 银、 铁 、 铅、 锌等多种金属元素的大型露天 地下联合开采的矿 山， 已探 明地质储量 1 ． 7亿吨， 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 一 O 1 基金项 目 国家科技支撑计 划课题 资助项 目 2 0 0 6 BA B 0 2 A0 3 作者 简介 赵彬 1 9 8 5 一 ， 男 ， 安徽宿州人 ， 在读硕士 ， 主要从事采矿与充填方面的研究。 2 2 安徽理工大学学报 自然科学版 第 2 8卷 其中硫铁矿矿石量8 7 1 1 0 k t 、 铁矿石量2 4 O 0 0 k t 、 铜 金属量5 0 0 k t 、 铅和锌金属量4 0 k t 等[ 5 ] 。 其8 勘探线 以东矿体靠近铁路、 公路 、 河流及东部露采边坡， 是 典型的“ 三下” 难采矿体 ， 含有近 2 0 0 0 k t 品位较高 铜硫矿石量， 在前期开采中未考虑回收 随着铜、 硫 价格不断升高 ， 该部分高品质的铜硫矿床的回收 ， 对提高资源回收率和矿山经济效益具有重要意义。 该部分矿石主要 为黄铁矿、 局部为含铜黄铁 矿， 多呈致密块状， 稳定性好； 底板为高骊山组砂页 岩， 稳固性好 ； 顶板为黄龙灰岩、 船山灰岩， 无破碎 带， 较稳固。矿体走向长约2 1 0 m， 平均倾角 4 8 。 ， 平 均真厚 2 0 m， 最浅埋 深距地 表仅 1 2 m。矿 区 内铁路 专线几乎与矿体同走向， 距矿体最近处仅 4 0 m； 而 且大部分矿体直接出露于露天开采边坡 ， 开采技术 极其复杂。必须选择合理的开采方式 ， 以控制地表 变形 ， 提高铁路专线、 公路、 河流及边坡的安全性。 2 采矿方法提 出及评价 根据矿体的开采技术条件 ， 提出了三种采矿方 法 上盘采准 作为待定开采方案。 1 上向水平分层胶结充填法 见图 1 ， 将阶 段 高度2 4 m 沿矿体走向划分为矿房 8 m 和矿柱 8 m 及间柱 4 m ， 各采场均用上向水平分层胶结 充填法 回采。先间隔回采矿柱 ， 用1 2 6 水泥 粉煤灰 ；江砂 的胶结充填料充填 ； 后采矿房，用 1 2 8的胶结充填料充填 。 1 ．阶段平巷 ； 2 ．斜坡道 ； 3 ．分段平巷； 4 ．装矿横巷 ； 5 ．采场联络道 ； 6 ．卸矿横巷 ； 7 ．溜井 ； 8 ．充填 回风 井； 9 ．充填体 图1 上向水平分层胶结充填法 主要技术经济指标为 采场生产能力， 1 2 4 t ／ d ； 标准米采切比， 2 5 ． 7 5 m／ k t ； 损失率 ， 2 4 ； 贫化率 ， 5 9 ／ 5 ； 采充成本 ， 7 5 ． 7 元／ t ； 方案灵活适用性好 ； 通风 条件好 ； 易于实施。 2 上向水平进路沿矿体走向布置充填法 见图 2 ， 将阶段 2 4 m 沿矿体走向划分成矿块 1 0 0 m ， 矿块间留1 5 “ - - 2 0 m的矿石间柱。 阶段进行分层 ， 在 各个分层内从矿块 中央的分层联络道 向两翼掘进 进路采场回采。同分层进路采场间隔回采， 首采的 用 1 2 6 水泥 粉煤灰 江砂 胶结充填料充 填； 第二步用1 2 8胶结充填料充填。 整个分层进 路回采充填结束后， 密闭、 充填联络道， 统一升层。 Ⅱ一 Ⅱ I r J l L j 【 圈 图2 上向水平进路沿矿体走向布置充填法 图例与图1同 主要技术经济指标为 采场生产能力， 1 0 0 t ／ d ； 标准米采切 比， 9 ． 3 2 m／ k t ； 损失率， 2 O ． 8 7 ； 贫化 率， 5 ％； 采充成本， 8 5 ． 7 元／ t ； 方案灵活适用性好； 通 风条件差； 易于实施。 3 上向水平进路垂直矿体走向布置充填法 见 图3 ， 将阶段 2 4 m 沿矿体走向划分成矿块 1 O O m ， 矿块间留1 5 - 2 0 m左右的矿石间柱。 阶段进行分层， 在各分层内垂直于矿体走向掘进进路回采， 在矿块的 两翼布设两条充填回风天井加强通风效果。 其它方面 的特征与方案二相同。 图3 上向水平进路垂直矿体走向 布置充填法 图例与图1同 主要技术经济指标为 采场生产能力 ， 1 0 0 t ／ a ； 第 4期 赵彬 ， 等 新桥硫铁矿采矿方法模糊选择 2 3 标准米采切比， 3 7 ． 6 9 m／ k t ； 损失率 ， 2 O ． 8 7 oA； 贫化 率 ， 5 ； 采充成本， 8 5 ． 7 元／ t ； 方案灵活适用性好 ； 通风条件较好 ； 易于实施。 3 采矿方法模糊选择 3 ． 1 模糊数学优选模型 ⋯ 1 一 ] ‘ i I 一 ⋯ r j 6 l ， b 2 ， 3 ， ⋯ ， 6 1 式中 B为各方法的综合评判 向量； 6 。 ， b ， b 。 ， ⋯， b 为各方法的综合满意度或综合优越度 ， 计算出的 b 值越大 ， 则说明对应方案优越性大 ； 足为 个方法m 个评价因素构成 的隶属度矩阵； 为 个影响因 素构成的权重 向量 ， 常用层次分析法来确定 。 3 ． 2 层次分析法确定影响因素权重 层次分析方法 AHP 能够把系统问题的各因 素， 通过划分相互联系的有序层次 ， 使之条理化 ， 根 据对一定客观现实的判断就每层次相对重要性给 予定 量表 示， 使定性 分 析与 定量 分析 有 机 的结 合[ 6 ] 。该方法为各种影响因素进行排序， 首先要将 分析的问题建立层次化的指标体系结构模型， 将所 包含的各种因素分组 ， 每一组作为一个层次， 由高 到低按 目标层 0 、 准则层 P 和 因素指标层 进行排列。 根据以上提出的采矿方法及主要技术经 济指标， 可建立采矿方法评价的综合指标体系 见 表 1 。 表l 各方案的综合评价指标体系 1 对因素指标层 中的 m个影响因素构造 比较标度 见表 2 。 表 2 比较标准意义 注 2 ， 4 ， 6 ， 8分 别表示 两相邻判 断的 中值 ； 若 j X ／ Xi ， f W i i xi 『 Xi 2 构造比较判断矩阵D F x 1 1 Dl ； I y LA m 1 ⋯ X1 ] ． ． I ‘ ． I ⋯X j 厂 X1 X1 I X 1 X 1 ． ．．． i I X L X1 X 2 3 采用方根法进行计算矩阵D特征根 ， DW W， 所得到的 经正规化后作为因素的排序 权重。 ① 判断矩阵 D的元素按行相乘 ， 得到各行元 素乘积 Ⅱ 3 ② 计算 的 次方根 一 ， W 、 ／ 4 ③ 对向量 正规化 W i ／ ∑- f 5 ④ 计算判断矩阵的最大特征根 D W I2 6 一 ． _5 J 式 3 ～式 6 中i 1 ， 2 ， ⋯， 。 4 判断矩阵 D的一致性检验 ， C RC ， n； 吡 一 一 2 4 安徽理工大学学报 自然科学版 第 2 8卷 C I为 一致 性 检 验 指 标， C I --n ／ n 一1 ； n为判断矩阵的阶数； R I为平均随机一致性指标 见表3 。 当C RO ． 1时， 认为的一致性是可以接受 的 ， 否则需要重新调整判断矩阵， 直至满足一致性 检验为止L 7 ] 。 表 3 平均随机一致性指标取值 n 1 2 3 4 5 6 7 8 R，0 0 0 ．5 8 0． 9 0 1 ．1 2 1 ． 2 4 1 ．3 2 1 ． 41 根据以上步骤对新桥硫铁矿采矿方法影响因素 进行分析得到层次总排序 见表4 。总排序一致性检 验为C I 0 ． 0 0 1 4 0 ． 1 ， RI 0 ． 2 6 4 ， C I 一0 ． 0 0 5 0 ． 1 ， 故判断矩阵满足一致性检验要求。因此 ，可 得 影响采矿方案 选择的权重 向量 W 一 0 ． 4 0 0 ， 0 ． 4 0 0 ， 0 ． 0 6 2 ， 0 ． 0 3 9 ， 0 ． 0 0 8 ， 0 ． 0 0 8 ， 0 ． 0 0 8 ， 0 ． 0 6 2 ， 0 ． 0 1 3 ， 可接受 。 表 4 层次 总排序表 3 ． 3 隶属度矩阵的确定 此过程中， 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 。 1 定量指标采用隶属函数法求 n个方案 的 个指标组成的目标特征值矩阵。 设第 个方案 的第 个的指标值为 Y 定量指标可以分为收益性 指标与消耗性指标两类。 对于收益性指标 ， 指标值 越大越好 ， 令 ， ． ， Y 0 ／ ma x y ， ； 对于消耗性指标， 指 标越小越好 ， 令 f j mi n y j ／ Y o。则得到 目标相对 隶属度矩阵[ 8 _ 9 ] B F i n I ； l I Y m n J 一 1 ， 2 ， ⋯ ， m； 1 ， 2， ⋯ ， 2 非定量指标采用相对二元比较法 ， 设系 统有待进行重要性 比较的 目标 因素集 X 一 { X ， x。 ， X。 ，⋯， } ， 对 噩 与 f 作二元对比， 即若 比x 重要， 令排序标度 e 1 ， e 0 ； Pt 与 尸 同 样重要， 令 e 0 ． 5 ， e 0 ． 5 ； P 比 重要 ， 令 e “一 0 ， e 1 ， Z 一 1 ， 2 ， ⋯， m 由此可得二元 比较矩阵 ‘ 『 ％ 1 ⋯ 1 ] E l ； ‘ ． j l L ⋯‰ j 当0≤e 1 ≤ 1 ； 。 玎e j i 1 e i - e j i 一0 ． 5 i 一 时， 称矩阵 E为关于重要性的有序二元 比较矩阵， e ， 为目标 对 关于重要性作二元 比较时， 目标 对 于 的重要性模糊标度i e 为目标_『 对于i 的重要性模 m 糊标 度。 将此矩阵 按行排序， 则 ≠J ， ‘ j。。。 l i 一 1 ， 2 ， ⋯， 序号表示了目标的相对重要性 ， 根 据排序查语气算子与定量标度表 见表 5 ， 可得到 非定量指标的隶属度[ 1 O - l Z ] 。 表 5 语气算子与定量标度相对隶属度关系表 由此三种采矿方法指标构成的隶属度矩阵为 第4期 赵彬， 等 新桥硫铁矿采矿方法模糊选择 2 5 。 6 2 。 ． 2 9 i 1 参考文献 [13许传华，任青文．地下工程围岩稳定性的模糊综合 评判法口]．岩石力学与工程学报，2004，2311 1 8521 855． [2]姚金蕊，李夕兵，周子龙．“三下”矿体开采研究[J]．地 下空间与工程学报 ， 2 0 0 5 ， I 6 ； 1 0 7 3 1 0 7 5 ． [ 3 ] 方述成， 汪定伟． 模糊数学与模糊优化[ M] ． 北京 科 学 出版社 ， 1 9 9 7 1 2 6 1 3 2 ． [ 4 ] 朱卓慧， 赵国彦， 吴桂香， 等． 采矿方案的模糊优选 D] 采矿技术 ， 2 0 0 5 ， 5 4 1 2 1 4 。 [ 5 ] 肖智政， 王新民， 曾建军． 新桥硫铁矿坑下岩体结构调 查 与质量评价[ J ] ． 矿 山压力与顶板管理 ， 2 0 0 3 ， 2 0 2 1 0 7 1 0 9 ． [ 6 ] 梁瑞心， 叶飞． 带概率层次分析法在多指标决策中的 应用[ J ] ． 甘肃科学学报， 2 0 0 0 ， 1 2 3 1 2 1 6 ． [ 7 ] L I I ， I I Y M． T h e d e s i g n a n d s t a b i l i t y a n a l y s i s o f a d a p t i v e s y s t e m b a s e d O n l i n e a r T S f u z z y s y s t e m [ J ] ． Au t o ma t i o n C h e mi s t r y T r a n s a c t i o n ，2 0 0 3 ． 2 9 6 1 0 2 4 1 0 2 6 ． [ 8 ] L E E H， T OM M R． A d a p t i v e c o n t r o l u s i n g a u n i v e r s a l a p p r o x i ma t i o n f o r S I S O n o n l i n e a r s y s t e ms [ J ] ． I EEE Tr a n s ． F u z z y S y s t e ms ， 2 0 0 1， 1 2 2 1 8 8 - 9 3 ． [ 9 ] C HA N P T， RA D A B， WANG J ． I n d i r e c t a d a p t i v e f u z z y s l i d i n g mo d e c o n t r o l P a r t Ip a r a me t e r p r o j e c t a n d s u p e r v i s o r y c o n t r o l [ J ] ． F u z z y S e t s a n d S y s t e ms ， 2 0 0 1 。 l 1 9 1 1 5 6 1 6 1 ． [ i o ] X I N I I ， GE N G H，WANG Y M，e t a 1 ．Ge n e r a l l i mi t e d i n f o r ma t i o n d i f f u s i o n me t h o d o f s ma l 1 ． ．s a m ． p i e i n f o r ma t i o n a n a l y s i s i n i n s u r a n c e [ J ] ． J o u r n a l o f S h a n g h a i Un i v e r s i t yEn g l i s h e d i t i o n， 2 0 0 7 ， 1 1 3 25 9 2 6 2． [ 儿] 罗一忠， 吴爱祥 ， 胡国斌， 等． 采场人一机一环境系统 可靠性模糊综合评 价口] ． 中南大学 学报 自然科学 版 ， 2 0 0 6 ， 3 7 4 8 0 4 8 0 9 ． [ 1 2 3 黄贯虹， 方刚． 系统工程方法与应用[ M] ． 广州 暨南 大学 出版 ， 2 0 0 5 1 2 ． 1 5 ． 责任编辑 何学华