石人沟露天转地下采矿方法优化选择.pdf

S e rie s No ． 421 J u l y 2 0 1 1 金 属 矽 山 METAL MI NE 总 第 4 21期 2 0 1 1 年第 7期 石人 沟露 天 转地 下 采矿 方 法优 化 选择 术 杨力 王新民赵建文 中南大学资源与安全 工程 学院 摘 要 针对石人沟露天转地下这一特殊开采环境， 运用层次分析法和模糊数学的基本原理对多种采矿方法 进行评判优选。评判优选过程中， 综合考虑了影响露天转地下采矿方法的各项指标 ， 如技术 、 经济指标及边坡稳定 程度等； 将待选择方案指标转换成隶属度矩阵， 通过层次分析法得到各因素权重向量， 从而建立模糊综合评判模 型 ； 利 用模 糊数学原理计算 出各方案基 于影响因素 的综合优越度 ， 从而确定第 3种方案 最优 。 关键词 露天转 地下 采矿方 法层 次分析 法模糊综合评判 Opt i m a l S e l e c t i o n o f M i ni ng M e t ho d o f Tr a n s i t i o n f r o m Op e n- p i t t o Und e r g r o u nd M i n i n g i n Shi r e ng o u Ya n g L i Wa n g Xi n mi n Z h a o J i a n w e n S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Abs t r a c t Ba s e d o n t he s pe ci fic mi n i n g e n v i r o n me n t o f t h e t r a ns i t i o n f r o m o pe n- p i t t O u nd e r g r o un d i n Sh i r e ng o u mi n-- i n g mo d e 1 ． t h e AHP a n d t h e F u z z y ma t h e ma t i c s me t h o d s f u n d a me n t a l t h e o r y w e r e u s e d t o ma k e a s y n t h e t i c a s s e s s me n t ． D u r i n g t h i s p r o c e s s ， l o t s o f d y n a mi c a n d s t a t i c， fi x a n d n o n fi x q u a n t i fi e d i n f l u e n c e f a c t o r s wo r k i n g o n t h e mi n i n g me t h o d w e r e t a k e n i n t o s y n t h e t i c a c c o u n t ， s u c h a s t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c f a c t o r s a n d d e g r e e o f s l o p e s t a b i l i t y e t c ． T h e i n flu e n c e f a c t o r i n d e x e s o f t he mi ni n g me t h o d s we r e t r a n s f o r me d i n t o t h e ma t r i x o f t h e me mbe r s h i p d e g r e e s； t h e wei g h t o f t h e i n f l u e n c e f a c t o r s ma t ri x wa s e s t a b l i s h e d a c c o r d i n g t o t h e AHP me t h o d ． W i t h t h e w e i g h t s ma t r i x a n d t h e ma t rix o f t h e me n b e r s h i p d e g r e e s ， t h e F u z z y s y n t h e t i c j u d g e mo d e l w a s e s t a b l i s h e d ， a n d t h e s y n t h e t i c s u p e ri o r d e g r e e o f t h e mi n i n g m e t h o d s b a s e d o n t h e i n fl u e n c e f a c t o r s w a s g o t b y t h e n u me r a t i o n wi t h t h e F u z z y ma t h e ma t i c s me t h o d s ， S O t h e t h i r d mi n i n g mo d e l c o n i e s t o t h e fir s t p l a c e ． Ke y wo r d s T r a n s i t i o n f r o m o p e n p i t t o u n d e r g r o u n d m i n i n g ， Mi n i n g m o d e l ， A H P ， F u z z y s y n t h e t i c j u d g e 随着浅部资源 的逐渐枯 竭 ， 国内很多金属矿 山 均面临着露天转地下开采这一特定 的开采时期 ， 如 何能平稳安全渡过 ， 采矿方法 的选择至关重要。露 天转地下开采是集露天和地下两种工艺要素为一体 的综合性技术 。这种技术可 以充分 回收矿产资 源 ， 提高经济效益 ， 更是一种 经济上合理 、 技术上可 行的资源回收方法。 目前 ， 石人沟铁矿主要采用浅孔留矿法 ， 矿块生 产能力低 ； 凿岩爆破参数不合理 ， 大块多 ， 二 次破碎 工作量大 ； 出矿多采用人工装车 ， 装车效率低 ， 工人 劳动强度大 ； 为提 高产 量 同时作业 的矿块数 较 多 ， 通风 、 管理等效果不理想 ， 从而造成过渡期产量 无法衔接 、 机械化程度低 、 工作环境差。同时 ， 露天 开采工作已经结束 ， 不会对地下开采构成干扰 ， 但必 须保证露天边坡 的稳定 ， 且便于边坡下残 留矿体、 境 界矿柱 、 过渡中段的矿柱 以及主运输巷道的积压矿 量 回收 。 由此看出， 露天转地下采矿方法的优化选择是 一 个涉及多层次 、 多因素 、 多 目标 、 多指标 的决策过 程。对于这样 复杂 的工 程 ， 由于地 质资料 的误 差、 某些价格指标 的不确定性 、 只能定性而不能定量 描述 的影响因素以及不可预见 的各方面因素等 ， 使 得最佳开采模式的选择具有极大 的模糊性 、 随机性 和未知性。它的推理 、 判断大多是模糊推理 、 模糊判 断， 因而做出的决策也是模糊决策 。 目前 ， 有些系统工程将模糊数学应用于方案的 选择 中， 为在复杂系统设计过程 中把那些只能定性 描述的模糊概念、 模糊推理 、 模糊判断及模糊决策数 学化 、 定量化提供了理论依据 。但是 ， 该原理很 “ 十一五” 国家科技支撑计划项 目 编号 2 0 0 8 B AB 3 2 1 7 0 3 。 杨力 1 9 8 5 一 ， 男 ， 硕士研究生 ， 4 1 0 0 8 3湖南省长沙市 。 1 9 总第4 2 1 期 2 0 1 1年第7期 少应用于采矿方法 的选择 ， 且仅利用模糊数学理论 无法确定复杂的指标体系的权重。层次分析法能够 把复杂系统问题的各因素 ， 通过划分相互联系的各 有序层次 ， 使之条理化 ， 根据对一定客观现实的判断 就每一层次相对重要性给予定量表示 ， 利用数学方 法确定表达每一层次的全部元素的相对重要次序的 权值 J 。本研究将层 次分析 法和模 糊数学理论结 合起来应用到开采模 式选择这个 复杂的系统工程 中， 建立采矿方法综合评判模型， 用层次分析法客观 地确定各因素的权重 ， 再根据模糊数学理论建立模 糊综合评判 ， 从而确定露天转地下的最优采矿方法。 l 采矿方法优化选择模型构 建 采矿方法优化选择是一个系统工程 ， 建立评价 指标体系是进行评价的基础工作， 其科学合理性直 接影响着评估结果 的准确性 。在评价指标体系 中， 既有定量的参数 ， 又有定性的参数 ， 各因素之间相互 影响、 相互制约。 在评价对象及因素 的选择基础上 ， 根据模糊数 学方法构建分层次的指标体系。该指标体系共分为 3个层次 ， 分别是 目标层 P， 第一指标层 P ， 第二指 标层 P 综合评价 P的指标体系 一是开拓系统 P ， 由于开拓系统 已经形成 ， 在评定时只能评 价 不同的开采模式对现有开拓系统 的适应性， 即方案 灵活适应性 尸 ； 二是采矿方法 尸 ， 包括采充 总 成本 ， 采场生产能力 ， 矿石损失率 ， ， 矿石贫化率 P ， 采切 比 P ， 采空区最大暴露面 积 P ， 通风条件 P ” ， 实施难易程度 P 2 ； 三是 边坡稳定性 P ， ， 包括井下最大涌水量 P 。 、 炸药 单耗 P 、 地质构造 P 用地质构造表征岩体 结构弱面分析 。 2 层次分析法确定影 响因素的权重 向量 建立 了递 阶层次综合评价指标体系结构后， 需 要运用层次分析法解决决策中各因素的权重分配问 题 。 2 ． 1 构造判断矩阵 在 A H P的使用过程中， 无论是建立层次结构还 是构造判断矩阵 ， 人的主观判断、 选择、 偏好对结果 的影响极大 ， 判断失误都会造成决策失误 ， 这就使得 用 A HP进行决策主观成分很大。A H P的本质是试 图使人 的判断条理化 ， 但所得到的结果基本依据人 的主观判断 ， 当决策者 的判断受过多 的主观偏好影 响 ， 而 产生某 种对 客 观 规 律 的歪 曲时 ， 运 用 A H P计 算所得的结果显然就靠不住 J 。要使 A H P的决策 ． 2 0 ． 结论尽可能符合客观规律 ， 决策者必须对所面临的 问题有 比较深入和全面的认识 。本研究构造判断矩 阵时 表 1 ， 通过查阅大量文献 ， 并请教 了大量的现 场工作者以及一些相关 的专家学者 ， 分析了露天转 地下采矿方法优化选择的特点 。 表 1 判断矩阵 P一 只 1 判断矩 阵 P一 的元素按行相乘 ， 得到各 行元素乘积 M H ． 1 2 计算 的 n次方根 Wi ． 2 3 对 向量 W正规化， 得 ／ ∑ ． 3 4 计算判断矩阵的最大特征根 i 4 l 5 求判断矩阵的一致性指标 C R C R C I ／ R I ． 5 C R I， 且方案 Ⅲ 分段凿岩阶段出矿嗣后充填法 最优 ， 为最优采矿 方 法 。 将选择 的最优采矿方法运用到石人沟铁矿露天 转地下的生产实践中 工人在小断面巷道 中工作 ， 回 采工作 比较安全 ； 回采强度 比较大 ， 在一个 采场内， 工作面比较多。因此 ， 用该采矿方法开采时 ， 采场可 以相对少一些 ； 工作循 环 比较简单 ， 通风条件好 ； 使 用无轨设备 出矿 ， 生产能力大 ； 运用嗣后充填 ， 很好 地控制了地压 ， 同时极大地提高了矿石的回收， 满足 石人沟露天转地下平稳过渡的需要。 通过石人沟矿山的生产实践 ， 验证 了本方法 的 实用性 ， 有效地降低了采矿成本 ， 采场安全 、 稳定性 好 ， 各项技术指标也优于类似矿山 ， 取得了良好的效 果， 为其他矿山露天转地下 开采模式 的选择提供 了 借鉴。 4结论 1 针对金属矿山露天转地下开采这一特定条 件 ， 构建了石人沟露天转地 下采矿方法综合评判模 型 ， 通过综合分析 确定 了评 判模 型 的 1 2个评 价指 标 ， 并利用层次分析法计算指标权重 ， 且通过判断矩 阵一致性检验确定合理的权重向量 。 2 用层次分析法和模糊数学理论建立模糊综 合评判模型对石人沟露天转地下采矿方法的选择进 行分析 ， 得 出方案集 A的综合评判 向量为 0 ． 4 5 8 2 ， 0 ． 8 4 3 2 ， 0 ． 8 9 8 8 ， 0 ． 8 0 7 5 ， 从而选用方 案 Ⅲ， 即分 段凿岩阶段出矿嗣后充填法。将研究成果应用于石 人沟铁矿 ， 验证了本方法的实用性 ， 为其他矿山露天 转地下采矿方法的选择提供了借鉴 。 3 运用层次分析法 一模糊数学理论对石人沟 铁矿拟选用的采矿方法进行了综合评价和模糊综合 评判选择 ， 避免了因素过多而难于分配权重的弊端 ， 也避免了单因素决策的片面性和人们主观认识差异 所引起的决策失误 ， 特别是在各种影响方案选择的 指标 出现优越性交又 时， 能够做 出更为科学、 准确、 有理论依据的判断。同时， 该综合评判模型为矿山 露天转地下采矿方法 的选择提供了新的思路和可靠 的技术支撑 。 参考文献 [ 1 ] 毛凤海 ， 安龙 ， 李少辉 ． 铁蛋 山矿床露 天转 地下开采 的实践 [ J ] ．金属矿 山， 2 0 1 0 6 2 3 2 5 ． [ 2 ] 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 [ J ] ．中南 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 6， 3 7 4 8 0 4． 8 09 ． [ 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 ． [ 4 ] 周海浪 ， 曾庆元 ．结构振动 的模糊 可靠性分 析 [ J ] ．中南 工业 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 3， 3 4 6 6 4 5 -6 4 7 ． [ 5 ] 田泽军 ， 南世卿 ， 宋爱东 ．露天转地下 开采前期关键技术 措施 研究 [ J ] ．金属矿山 ， 2 0 0 8 7 2 7 3 0 ． [ 6 ] 鲁光银 ， 韩旭里 ， 朱 自强 ， 等 ．地质灾 害综合 评估 与区域模 型 [ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 3 6 5 8 7 7 8 8 1 ． [ 7 ] 刘增 良 ．模糊技术与应用选编 2 [ M] ．北 京 北京航空航 天 大学 出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 8 ] C h a n P T， R a d A B， Wa n g 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 I I P 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 m s ， 2 O O 1 4 1 5 6 - 1 6 1 ． [ 9 ] 孟桂芳 ．露天转地下开采方案 的选择和确定 [ J ] ．矿业 工程 ， 2 0 0 9， 7 1 1 8 1 9 ． [ 1 O ] 龚清 田 ．浅析露天转地下开采 的几个 问题 [ J ] ．有色冶 金设 计与研究 ， 2 0 0 5， 2 6 4 1 ． 3 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 0 5 ． 1 1 欢迎投稿 欢迎订阅 、 一一 ； 一 ； ； 、 ； ＼ - _l 、 l 、 石 _ 、 石 I 、 石 0 I 、 写 石 ．、 ； 、 写 -、 蛉 石 ． 、 ＼ 6 ________-●-1_t●‘_____________________J 6