运用灰色关联理论优化采矿方法.pdf

第 3 5卷 第 4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 ． 4 2 0 1 0年 8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 u g ． 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 4 ． 0 0 3 运 用灰 色关联理 论优化 采矿 方法 王永智 ， 邬 煜 ， 寇 明遥。 1 ． 西北矿冶研究院， 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 ； 2 ． 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 ； 3 ． 白银石晋矿业有 限公司 ， 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 摘要小铁 山铅锌矿技术改造期前， 采用无底柱分段崩落法进行开采， 由于该矿床 处于构造应 力 场 中， 损 失率大， 贫化率高， 经济效益低 下． 由于小铁 山铅锌矿矿石价值 高， 仅金银就 占总产值 的 4 O ％ 以上． 为此 ， 小铁 山矿进行 了以改造采矿方法为主的技术改造 ， 先后进行 1 O余种采矿方法试 验． 论文运用灰 色关联理论 ， 对小铁 山铅锌矿技术改造期 间使 用的各种采矿方法， 从灰 色关联 角 度进行优化 ， 从而得 出了适合小铁 山铅锌矿矿床 开采的采矿方法． 关键词 灰色关联理论 ； 采矿方法； 铝锌矿 中图分类号 T D 8 0 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 8 5 5 X 2 0 1 0 0 4 0 0 1 1 0 4 Opt i mi z a t i o n o f M i n i ng M e t ho d s Ba s e d o n Gr a y Re l e v a nc e W ANG Y o n g Z h i ， W U Y u ， K OU M i n g Y a o 1 ． N o r t h w e s t R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g＆ M e t a l l u r g y ， B a i y i n ， G a n s u 7 3 0 9 0 0 ， C h i n a ； 2．NO．1 4 Me t a l l u r g i c a l Co n s t r u c t i o n Co ．， Na t i o n a l No nf e r r o u s I n du s t r y o f Chi na， Kun mi n g， 6 5 00 51，Chi na； 3 ．B a i y i n S h i j i n Mi n i n g C o ． ， B a i y i n ，G a n s u 7 3 0 9 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Be f o r e t h e L e a d Z i n c t e c h n o l o g i c a l i nn o v a t i o n o f Xi a o Ti e S ha n mi ne，u np i l l a r e d s u b l e v e l ha d b e e n u s e d，b u t wi t h h i g h e x p l o i t a t i o n l o s s ，h i g h d i l u t i o n r a t e a n d p o o r e c o n o mi c e ffic i e n c y b e c a u s e t h e d e p o s i t s i s i n t h e t e c t o n i c s t r e s s fi e l d ．O r e s i n t h i s mi n e a r e q u i t e v a l u a b l e ， s i n c e j u s t g o l d a n d s i l v e r mi n i n g a c c o u n t s f o r o v e r 40 p e r c e n t o f t h e g r o s s o u t p ut v a l u e ． To i mpr o v e t h e mi n i n g e ffic i e nc y，Xi a o Ti e S h a n mi n e h a d t o a d o p t t h e t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n，a nd e x p e r i me n t e d wi t h mo r e t h a n t e n k i n d s o f mi ni n g me t h o d s ． Gr a y t h e o r y 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 me t h o d s u s e d i n t h e t r a n s f o r ma t i o n ． Ke y wo r dsg r a y r e l e v a n c e t h e o ry ； mi n i n g me t h o d； l e a d z i nc mi n e 0 引 言 在矿山采矿方法设计 中， 都要进行技术方案 比较 ， 一般做法是 计算有关技术经济指标 ， 选取指标最好 的方案作为设计 的最优方案． 这种方法是我们常用的 ， 也是行之有效的方法． 但 由于矿山企业的特点 ， 其工 作对象不可知且复杂多变 ； 另外 ， 一个矿 山的采矿方法一旦被确定下来 ， 若 要重新更改 ， 牵涉面很大 ， 有时 甚至连矿山的开拓 、 通风系统都要变动 ， 这必然要造成大量 的人力 、 物力 和财力 的巨大浪费． 因此 ， 在矿山 设计选择采矿方法时， 必须要多方论证 ， 反复考究． 固然 ， 在选择方法时先进的技术 和设备是必须考 虑的， 但采矿是一项技术和经验 占主导作用的作业 ， 专家和现场技术人员的经验是至关重要的． 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 ， 如灰色理论 、 模 糊数学 、 价值工程等 ， 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 ， 较好综合 了各评价指标的影响． 收稿 日期 2 0 0 91 2 2 8 ． 作者简介 王永智 1 9 6 9一 ， 男 ， 硕士 ， 高级工程师． 主要研究方 向 计算机在采矿 中的应用 E ma i l wa n g y o n g z h 6 9 1 2 6 ． c o m 1 2 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 m ／ 第 3 5卷 1基本概 况 小铁山矿 自1 9 6 4年第 2次基建 以来 ， 迄今为止 ， 在采矿方法使用分为 2大类． 一类是前期 的崩落法 ； 一 类是现在采用的充填采矿法． 这 2 类采矿方法在生产过程中， 采用不同的方案， 前后超过 l 0 余种． 由于 小铁山矿特有 的岩石力学构造 ， 宝贵的矿藏资源 ， 前一类采矿方法在生产过程中暴露 出的损失 、 贫化率高， 采场进路坍塌 、 冒落现象时有发生 ， 资源浪费严重等原因 ， 先后于 1 9 8 6年进行 了以改变采矿方法和更新部 分采掘设备为主的技术改造 ， 采用充填采矿法代替原有的崩落采矿法． 在进行技术改造的同时， 亦进行了充填采矿法 的试验工作 ， 先后采用 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 等方案的试验工作 ， 从生产能力 、 生产组织、 各项经济技术指标等方面取得 了很 大的成绩 ， 但也暴露 出了诸多问题 ， 特别是采场的片邦 、 冒落现象严重 ， 给安全生产带来许多问题 ， 这些问题也是采矿工作者所 关心的问题 ， 笔者认为 ， 利用灰色关联理论来对上述 4种方案进行优化选择． 为此， 将 机械化上向巷道式胶结充填采矿法 确定为第 1 方案； 机械化下向分层充填采矿法 确 定为第 2方案 ； 分段 、 分条尾砂胶结充填采矿法 确定为第 3方案 ； 菱形梯段胶结充填采矿法 确定为第 4方案 ． 2灰色关联理论基础 在灰色系统理论中， 作灰色关联分析⋯ 首先要指定参考数据列． 通常记为{ X o } ，{ 。 } { 1 ， 2 ， ⋯ ， X o 凡 } ， 与参考数据列 { } 进行 比较 的数据列记为 { } ， { } ， ⋯， { } ． 关联分析 ， 即求被 比较数据列与参考数据的关联程度 ， 求关联度 ， 先求关联系数 ， 即按公式 ⋯ ra i n m i n l X o k 一 X k l 0 ． 5 m a x m a x k l X o k 一 k l 一 l X o k 一X l 0 ． 5 m a x m a x I X o 一X |j} l 是被数列{ 置} 第 个元素{ X k } 与参考数据列{ } 相应元素 的相对差值． 称为 { 置； 对 { } 在第 K个元素上的关联系数． 由于关联系数 k 数 目很多， 信息不集 中， 不便于 比较． 为此将逐个元素下的的关联系数取数均值 r ． 灰色系统理论将 r 定义为被 比数据列 { } 对参考数据列 { }的关联度 ， 即 F i ∑ n i 考 在采矿方法选择中， 对于提出的诸种方案， 通常人们要综合考虑技术 、 经济和社会诸方面的问题来论 证 ， 因而提出了一系列的技术经济指标加 以评价诸方案的优劣， 从中择优． 但是 ， 这些技术经济指标相互问 是不可比的， 是互补的， 而且可能还有许多非量化的灰数． 基于关联的方案判别 ， 首先要构成诸方案的技术经济数据列 ， 如 { } { 。 1 ， X 2 ， ⋯ ， ， n } { } { i ， X 2 2 ， ⋯， X 2 n } { X } { 1 ， 2 ， ⋯ ， X 凡 } 其 中{ 。 } ， { } ， ⋯ ， { } 分别表示 1 到 m个方案． 其次， 对于非量化的技术经济灰数指际． 进行 白化函数 的量化处理． 量化处理的方法视指标 的具体性 质确定． 方案评判过程的另一关键是确定参考数据列 ， 确定参考数据列的原则是； 参考数据列的各项元素是从 诸方案技术经济指标数据列里选出的最佳组成的， 亦即参考数据列 { }为 { X o } { X o 1 ， X o 2 ⋯ n } { X 1 ， X n 2 ⋯以 n } ， ， k √为 自然数． 这里 { }中的 X 1 ， 2 ， ⋯， ， I I, 是被数据列 中的最佳值 ， 例如选择采矿方法 第 4期 王永智 ， 邬 煜， 寇明遥 运用灰色关联理论优化采矿方法 1 3 时， 人们希望矿石贫化率 、 损失率尽可能低 ， 安全程度尽可能高， 若 置 r 表示第 i 个方案中矿石贫化率 ， 而 ， s 表示第 ． 个方案中安全程度． 那么 X i r rai n [ X r ， X r ， ⋯， r ] s m a x [ s ， s ， ⋯ ， s ] 这样由上述元素构成的数据列 { } 的各项元素是最佳技术经济指标 ， 称 { } 为最优参考数据列． 是 计算诸方案以技术经济指标为元素构成 的数据列对最优参考数据列 的关联度． 3 采矿方法方案 的优选 根据前述所选方案 ， 其主要技术经济指标如下 1 对表 1 [ 指标进行相应处理 ， 处理后各方案技术经济指标列表 2 ． 初选方案的主要技术经济指标见 表所示． 表1 主要技术经济指标 2 确定最优参考数据列_ 3 j { } { 3 4 ． 8 ， 8 ． 4， 5 ． 1 ， 7 ． 4， 2 0 ， 3 5 ． 4 3 ， 9 ， 3} 3 计算各个 方案指 标数 据 列 对于 最优参 考数 据列 的关 联 度 ， 被 比数据列为 { } { 2 1 ． 5 ， 8 ． 4 ， 5 ． 5 ， 7 ． 8 ， 1 4， 3 8 ． 1 3 ， 7， 3 } { } { 3 1 ． 5 ， 1 2 ． 2 ， 8 ． 0 ， 1 4 ． 4 ， 1 8 ， 3 5 ． 4 3 ， 5 ， 4} { } { 1 6 ， 8 ． 4， 5 ． 1 ， 7 ． 4， 1 0， 4 0． 6 8， 9， 5 { } 2 0， 3 6． 5 2， 3， 8 Ta b． 1 Pr i m a r y t e c hni c al and ec o nomi c i ndi c a t or s 注 a ．采矿综合成本为采矿作业成本与充填成本之和． b ．安全程度、 施工难易 程度采用专家打分法． 表 2 处理 后的各方案技术经 济指标 3 4 8， 1 4， 1 2， 1 8，Ta b ．2 Te c hni c a I a nd e c 0no m i c i ndi c at 0r s of e ve r y s c he me af t er pr o ce s s i ng 容 易 得 到 上 述 关 联 系 数 k 计 算 公 式 中 的 两 级 的最 小 差 ra i n ra i n I k 一X k l 0 两 级最 大差 m a x m a x k l 一 X i I 1 8 ． 8 ． 因此 ， 计算公式简化为 k 9 ． 4 经计算得 。 K 一X ， K } 9 ． 4 1 2 3 毛 a r 则关联序为 r { 0 ． 4 1 4 1 ， 1 ， 0 ． 9 5 9 2 ， 0 ． 9 5 9 2 ， 0 ． 6 1 0 4 ， 0 ． 7 7 6 9， 0 ． 8 2 4 6 ， 1 } { 0 ． 7 4 0 2 ， 0 ． 7 1 2 1 ， 0 ． 7 6 4 2 ， 0 ． 5 7 3 2 ， 0 ． 8 2 4 6 ， 1 ， 0 ． 6 5 2 8 ， 0 ． 9 0 3 8 { 0 ． 3 3 3 3 ， 1 ， 1 ， 1 ， 0 ． 4 8 4 5， 0 ． 6 4 1 6 ， 1 ， 0 ． 8 2 4 6} { 1 ， 0 ． 6 2 6 7 ， 0 ． 5 7 6 7 ， 0 ． 4 7 0 0 ， 1 ， 0 ． 8 9 6 1 ， 0 ． 6 1 0 4 ， 0 ． 6 5 2 8 0 ． 81 8 1， 2 0 ． 7 71 4， 3 0． 7 8 5 5， ／ 4 0 ． 0． 7 2 9 1 2 r 4 1 4 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／ 第 3 5卷 由 于 按 ∑ 计 算 关 联 度 时 ， 实 际 上 是 对 各 指 标 或 空 间 作 平 权 处 理 的 ， 即 将 各 指 标 或 空间 l 视为同等重要 ， 但在实际采矿生产中， 各影响因素是不同等重要的一 即不平权 ； 因而， 为 了使 比较更接近真 1 n 实 ，减 少 人 为 因 素 的 影 响 ；必 须 作 非 平 权 处 理 ， 根 据 加 权 关 联 计 算 公 式 ∑毫 0 ， 关 联 度 的 计 l 算结果为 j 0． 8 00 6， F 2 0． 78 0 3， r 3 0． 79 0 6， ／- 4 0． 7 3 7 1 则关联序为 r 1r 3r 2／- 4 4 结 论 计算结果表明， 第 1 方案为最优方案 ， 第 2和第 3方案次之 ， 最差为第 4方案 ， 故第 4种方案予以剔 除 ， 由于第 2及第 3种方案在几种 比较方法中， 位置互有先后且相差不大， 而且与第一方案的差别也不很 大 ， 另外 ， 由于受小铁山铅锌矿的矿岩条件 、 矿体赋存条件和生产能力的制约 ， 该矿不可能仅使用单一 的采 矿方法 ， 因此， 除巷道式上向充填采矿法作为最优方案推荐外 ， 巷道式下向充填采矿法和分段分条上向充 填采矿法也作为最优方案随同推荐． 参考文献 [ 1 ]冯冬青， 谢宋和， 等． 模糊智能控制[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2 ]王永智． 上向进路式尾砂胶结充填采矿法采场结构参数优化研究[ D] ． 昆明理工大学国土资源工程学院， 2 0 0 5 ． [ 3 ]芏永智， 郭忠林． 上向巷道式充填采矿法中段衔接部位 回采研究[ J ] ． 昆明理工大学学报 理工版， 2 0 0 4， 2 9 增刊 ， 1 7 1 8 [ 4 ]北京矿冶研究总院． 上向巷道式尾砂胶结充填采矿法工业试验与研究[ R] ． 北京 J r 京矿冶研究总院， 1 9 9 5 ． [ 5 ]G o r z a l e z a n y M B ． A m e t h o d o f i n f e r e n c e i n a p p r o x i m a 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 al 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 11 7． 上接第 5页 ◆●●●◆ ●◆● 致谢 在写作过程 中得到了昆明理工大学国土资源工程学院左小清教授 、 中国科学院遥感应用研究所 国家航天局航天遥感论证 中心胡新礼博士、 陈兴峰博士的无私帮助与指导， 特此致谢． 参 考文献 [ 1 ]宇超群． 线阵 C C D卫星遥感影像成像模型及算法研究[ D] ． 解放军信息工程大学， 2 0 0 5 3 4 ． [ 2 j徐鹏， 黄长宁． 卫星振动对成像质量影响的仿真分析[ J ] ． 宇航学报 ， 2 0 0 3 2 4 3 2 5 92 6 3 ． [ 3 ]赵阳． 太阳帆板振动对星载 C C D相机成像的影响[ J ] ． 中国空间科学技术， 1 9 9 5 4 3 23 9 ． [ 4 ]赵阳． 磁带机运转对星载 C C D相机成像的影响[ J ] ． 中国空间科学技术， 1 9 9 5 4 2 22 8 6 6 ． [ 5 ]董龙， 李涛． 线阵 C C D成像仿真研究[ J ] ． 航天返回与遥感 ， 2 0 0 8 2 9 1 4 3 4 9 ． [ 6 ]郝云彩， 杨秉新． 航天线阵 C C D相机推扫成象过程的象质研究[ J ] ． 光子学报 ， 1 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