某礦8#礦體采礦方法的優(yōu)化選擇

覃 敏,徐必根,唐紹輝

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院,湖南長(zhǎng)沙 410012;2.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410012)

某礦8#礦體采礦方法的優(yōu)化選擇

覃 敏1,2,徐必根1,2,唐紹輝1,2

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院,湖南長(zhǎng)沙 410012;2.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410012)

為較客觀和科學(xué)評(píng)價(jià)采礦方案的優(yōu)劣,文章把層次分析法和模糊數(shù)學(xué)原理相結(jié)合對(duì)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行綜合分析并選出最優(yōu)方案。評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重可以通過層次分析法來確定,同時(shí)借用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判方法進(jìn)行評(píng)估,這樣把采礦方法的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、定量和非定量的指標(biāo)形成統(tǒng)一化的一個(gè)綜合優(yōu)越度。會(huì)澤鉛鋅礦區(qū)深部8#礦體賦存條件比較復(fù)雜,集“深、碎、水、小”于一體,通過優(yōu)選確

定的采礦方法為上向進(jìn)路充填采礦法。

采礦方法;層次分析法;模糊數(shù)學(xué);綜合評(píng)判

采礦方案的選擇是礦山項(xiàng)目的基本決策,將影響礦山其他主要決策。因此,對(duì)于一個(gè)礦體確定其適合的采礦方法顯得尤為重要。而對(duì)于選擇出最優(yōu)的采礦方法,要考慮許多的方面,當(dāng)然其中涉及到很多的影響成分因素,而這些影響因素也不是很清晰,并且各自影響作用程度也不是很明確,以往礦山的采礦方案一般憑借經(jīng)驗(yàn)去選擇,自然有經(jīng)驗(yàn)的不同而對(duì)實(shí)際情況的把握也會(huì)不同。介于這種情況,現(xiàn)在探討出了一些方法應(yīng)用在方案的選擇中,為在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中把那些模糊的概念和判斷數(shù)字化、定量化提供了理論依據(jù)。如層次分析法的選擇、關(guān)系矩陣和模糊理論的優(yōu)化選擇、層次分析和灰色理論的優(yōu)化選擇等為方案的選擇提供了新的方法,并且理論依據(jù)也更充分了。為了較全面考慮采礦方法的因素,使得系統(tǒng)得到較為客觀性的評(píng)價(jià),盡量減少經(jīng)驗(yàn)的作用,本文結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判理論,分析評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,并計(jì)算出各方案的優(yōu)越度,從而選擇出最好的采礦方案。

1 AHP-FCE綜合評(píng)判法

1.1 評(píng)價(jià)體系中對(duì)象A和指標(biāo)B

若評(píng)價(jià)體系有m個(gè)對(duì)象,則A={a1,a2,…, am};而每個(gè)對(duì)象包含n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),則B={b1, b2,…bn}。

1.2 確定權(quán)重的分配

1.2.1 表示因素之間的影響強(qiáng)弱

采用標(biāo)度和它們的倒數(shù)來表示因素之間的影響強(qiáng)弱,如表1所示。

表1 比較意義說明

1.2.2 構(gòu)造比較判斷矩陣

設(shè)判斷矩陣為[D],每一元素都以各元素為基準(zhǔn),按上述標(biāo)度方法相互之間進(jìn)行比較構(gòu)造,則有:對(duì)于相互比較得到的判斷矩陣[D],想要很準(zhǔn)確求得其最大特征值和特征向量一般難以達(dá)到,但是可以用方根法求得其近似解,針對(duì)需要分析的問題不受影響。

1.2.3 檢驗(yàn)[D]的一致性由于人為因素的干擾使得[D]與實(shí)際情況有偏差,為此需要檢驗(yàn)[D]的一致性。[D]的檢驗(yàn)公式為CR=CI/RI,式中CI為檢驗(yàn)[D]的一致性檢驗(yàn)指標(biāo),CI=(λmax-n)/(n-1),n為[D]的階數(shù),RI為多維平均隨機(jī)一致性指標(biāo),如表2所示。

表2 RI的取值

當(dāng)CR＜0.1時(shí),一般認(rèn)為[D]滿足要求,否則就要反復(fù)調(diào)整[D],最終使得[D]滿足一致性檢驗(yàn)。

1.2.4 權(quán)重向量分配計(jì)算

當(dāng)反復(fù)調(diào)整[D]滿足一致性檢驗(yàn)時(shí),可以求出各因素的權(quán)重向量為Q=(q1,q2,…qn)。

1.3 構(gòu)建模糊關(guān)系

模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法就是借用模糊數(shù)學(xué)中知識(shí)和理論對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中相互影響的各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià),比較全面、客觀、科學(xué)地分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的各個(gè)影響因素,并把各個(gè)因素在評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的權(quán)重進(jìn)行量化,得到一個(gè)具體數(shù)據(jù)關(guān)系,從而清楚地把某事物進(jìn)行等級(jí)劃分或著類別區(qū)分,結(jié)果直觀形象。

由評(píng)價(jià)指標(biāo)B到評(píng)價(jià)對(duì)象A可以建立一個(gè)模糊映射F,F:u→f(v)。另外確定各個(gè)指標(biāo)隸屬度的概念可知,定量指標(biāo)的隸屬度由隸屬函數(shù)法確定,非定量指標(biāo)采用相對(duì)二元比較法確定。從而推導(dǎo)得到的模糊關(guān)系矩陣R,其形式表示為:

這里為了使得單因素矩陣R能夠?qū)Ω鱾€(gè)因素進(jìn)行統(tǒng)一化、可比性,把各個(gè)因素指標(biāo)無量綱化。

1.4 綜合評(píng)判

評(píng)價(jià)對(duì)象A的綜合評(píng)價(jià)為隸屬度矩陣R和因素權(quán)重Q的乘積,其表達(dá)式為:

這里算出的z為評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合優(yōu)越度,z值越大表示綜合優(yōu)越度越高。

2 某礦的優(yōu)選應(yīng)用

會(huì)澤鉛鋅礦區(qū)深部8號(hào)礦體賦存于白云巖夾灰?guī)r中,礦體與圍巖界限清楚。礦體產(chǎn)狀與地層走向一致,走向N20°～40°E,傾向SE,礦體水平厚度2.5～18.8 m,平均為9.93 m,中部厚大,兩端變薄,傾角61°～63°。鉛鋅的品位很高,在25%～35%之間。8號(hào)礦體在剖面上似層狀,平面上為透鏡狀。礦體延伸穩(wěn)定,僅在某些地方有些許的膨脹和收縮,從產(chǎn)狀、形態(tài)上來說都屬于較穩(wěn)定的礦體。結(jié)合礦床開采條件,初步選擇了三種方案:方案Ⅰ——上向進(jìn)路充填采礦法;方案Ⅱ——分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法;方案Ⅲ——分段充填采礦法。這三種采礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 采礦方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

2.1 確定各因素權(quán)重分配

根據(jù)層次分析法原理以及比較標(biāo)度的標(biāo)準(zhǔn)意義,并運(yùn)用了模糊數(shù)學(xué)理論確定了評(píng)價(jià)體系中各因素的分配權(quán)重。如表4所示。

2.2 判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

由于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的復(fù)雜和元素多樣性,又存在人為的主觀認(rèn)知和知識(shí)水平的限制,因此需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn):

1.計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax,根據(jù)方根法的計(jì)算公式可知:λmax=9.835。

表4 各指標(biāo)權(quán)重分析計(jì)算

2.計(jì)算判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CI

式中n為判斷矩陣的維數(shù)。由計(jì)算可知:CI= 0.104。

3.檢驗(yàn)矩陣的一致性。查表知RI=1.45,把以上數(shù)據(jù)代入檢驗(yàn)公式中求得CR=0.072＜0.1,則可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。

4.各因素指標(biāo)的權(quán)重確定為Q=(0.202, 0.094,0.154,0.108,0.162,0.130,0.059,0.039, 0.052)。

2.3 隸屬矩陣的確定

1.指標(biāo)體系中6個(gè)定量指標(biāo)的特征向量矩陣為:

對(duì)R1-6進(jìn)行規(guī)格化,對(duì)于增加效益性的元素,數(shù)值是越大越好;對(duì)于耗成本費(fèi)用性的元素,數(shù)值是越小越好。其隸屬度計(jì)算公式為:增益性-rij=yij/ yijmax;耗費(fèi)性-rij=minyij/yij。分析前6個(gè)因素,其中增益性指標(biāo)的有生產(chǎn)能力、采礦工效,其余的為耗費(fèi)性指標(biāo)。則可得:

2.對(duì)于評(píng)價(jià)體系后面的三個(gè)因素來講是非定量指標(biāo),要轉(zhuǎn)化成定量指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范。而針對(duì)非定量指標(biāo),可以采用相對(duì)二元比較法。具體作法是:若目標(biāo)集中ri與rj作二元對(duì)比,當(dāng)ri比rj重要,則令排序標(biāo)度ri=1,rj=0;當(dāng)ri與rj同等重要,則令排序標(biāo)度ri=rj=0.5;當(dāng)rj比ri重要,則令排序標(biāo)度ri= 0,rj=0.5。

各方案靈活適應(yīng)性這一影響因素,其特點(diǎn)是越靈活越好,越能靈活使用,效率就越高。因此得特征向量矩陣:

則其隸屬度矩陣為R7=[1,1,1]。

各方案的通風(fēng)條件是不一樣的,一般選擇的采礦方案通風(fēng)條件越好就越能保證礦山供風(fēng)需求,因此得特征向量矩陣:

則其隸屬度矩陣為R8=[1,0.82,1]。

各方案的實(shí)施有難易程度之分,礦山希望選擇的方案簡(jiǎn)便易行是最好的,因此得特征向量矩陣:

則其隸屬度矩陣為R9=[1,1,0.82]。

通過對(duì)以上評(píng)價(jià)體系的九大因素指標(biāo)分析,綜合以上數(shù)據(jù)可得到綜合隸屬度矩陣:

2.4 確定最優(yōu)方案

由模糊綜合性評(píng)價(jià)運(yùn)算得:

Z=QR=(q1,q2,…,qn)R=(0.789,0.766, 0.736)

根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)大小排列次序?yàn)榉桨涪瘛⒎桨涪颉⒎桨涪?可知方案Ⅰ相比其它兩個(gè)方案要顯得優(yōu)越,從而選用方案Ⅰ。經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐,認(rèn)為確實(shí)可行,開采礦床穩(wěn)定,采場(chǎng)作業(yè)安全,并為礦山創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

本文是基于層次分析和模糊數(shù)學(xué)結(jié)合的方法對(duì)會(huì)澤鉛鋅礦8#礦體的采礦方法進(jìn)行優(yōu)化選擇,最終確定了上向進(jìn)路充填采礦法。在該評(píng)價(jià)體系中初步確定了三大方案,并從中優(yōu)化,為此選擇了九大因素指標(biāo),通過層次分析法確定了各因素指標(biāo)的權(quán)重,并結(jié)合模糊數(shù)學(xué)確定各自的隸屬度,最終選出最優(yōu)方案。該方法分析全面、到位,能夠保證評(píng)價(jià)體系的客觀性和可行性,比較充分地減少了人為主觀因素和認(rèn)知水平的限制。

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Abstract:In order to establish the evaluation system of the mining scheme more objective and scientific,the paper used a method of analytic hierarchy process in combination with fuzzy mathematics theory to optimize the mining method.It used the analytic hierarchy processe to determine the value of evaluation indexes,and used fuzzy mathematics theory to evaluate it.Therefor,it could make the static,dynamic,quantitative and quantitative index of the mining method unify to form a comprehensive superior degrees.The occurrence conditions of the Huize Pb-Zn mining area deep 8#ore body are complex,of which a“deep,broken,water,small”is in one set.The result of optimization of the mining method is upward drift stoping method.

Key words:mining method;analytic hierarchy process;fuzzy mathematics;comprehensive evaluation

The Optimization of Mining Method in 8#Ore Body of Some Ore

QIN Min1,2,XU Bi-gen1,2,TANG Shao-hui1,2

(1.Changsha Institute of Mining Reseach,Changsha410012,China;
2.Sate Key Liboratory of Metal Mine Safety Techenology,Changsha410012,China)

TD163

A

1003-5540(2012)04-0006-04

2012-04-16

覃敏(1986-),男,碩士研究生,主要從事采礦工程安全開采研究。