淺談基于模糊數學理論的采礦方法選擇

張曉鵬

（國投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001）

礦產資源是人類賴以生存和發展的物質基礎，是國家經濟起飛的首要條件及經濟實力的重要標志，是生產力構成的主要因素之一。采礦方法的選擇對安全生產、提高礦石產量、降低礦石損失率和貧化率、提高勞動生產率和降低成本等具有重要影響，關系到礦山的效益甚至礦山的生存和發展。采礦方法的選擇又是一項復雜的系統工程，礦床地質條件和礦體賦存條件與采礦方法之間是一個復雜的非線性關系。傳統的采礦方法難以適應復雜多變的地質條件以及難以準確預測和定量描述其他因素，基于此本文提出了用模糊數學理論來優選采礦方法。選出的采礦方法在一定程度上能夠克服主觀性和隨意性，具有良好的科學性，并能為礦山企業選擇采礦方法提供可靠的理論依據。

1 傳統的采礦方法選擇技術

傳統的采礦方法選擇主要分為三步，首先根據礦床地質特征和采礦技術條件初選可行方案，然后進行技術積極分析，若比較的方案之間差異不明顯，需要進行細致的綜合分析選出最優的采礦方法。該方法依靠人的經驗，主觀隨意性較大，結果比較主觀、片面，缺乏科學性。因此，需要綜合采礦領域多位專家的經驗，并運用科學理論將經驗決策上升到科學化的決策水平，實現采礦方法的優化選擇。

2 現代采礦方法

2.1 基于數學及計算機技術的采礦方法

近代數學及計算機技術的發展是發展當代科學技術的理論基礎，采礦方法的選擇只有運用了近代數學及計算機技術才能上升到科學的高度。近年來，很多專家學者對此進行了深入研究并提出了運用模糊數學選擇采礦方法，運用灰色關聯分析選擇采礦方法，運用灰色局勢決策選擇采礦方法，運用多目標決策選擇采礦方法，運用價值工程選擇采礦方法以及運用人工智能選擇采礦方法等。

灰色理論選擇采礦方法包括灰色關聯分析和灰色局勢決策，該方法可以克服采礦知識的不完全性和非確知性，但是沒考慮到方案中各目標、各因素的相對重要程度，不符合實際情況；多目標決策選擇采礦方法各目標權重的確定具有一定的人為因素。權重確定的正確與否直接決定著決策結果是否合理。因而，此法得出的結果可能會與實際情況不符；運用價值工程，主要考慮的是經濟技術指標，選擇的采礦方法不能很好的適應礦床地質開采技條件。人工智能主要采用專家系統，但是專家系統仍存在著知識獲取的"瓶頸"，知識"窄臺階"，推理能力弱，智能水平低，系統次少，適用性差等問題。

模糊數學法：運用模糊數學選擇采礦方法沒有明確遵循的選擇準則，主要選擇依據是各種地質技術條件。首先，初選一些采礦方法，確定這些采礦方法所要求的地質技術條件；然后，列出擬選址采礦方法的礦山的地質技術條件，計算并確定它們與初選采礦方法所要求的地質技術條件之間的模糊相似程度，選擇出條件最近似的采礦方法。

模糊數學還可以用來預測采礦方法將取得的技術經濟指標。首先，列出本礦山的地質技術條件，再收集一些采用同樣采礦方法的其他礦山的地質技術條件，對它們進行模糊聚類。聚類時，與本礦山近似程度最高的礦山取得高權值，其余礦山按聚類近似程度排序依次取較低的權值；然后將各礦山用這種采礦方法取得的技術經濟指標加權平均，得到本礦上采樣這種采礦方法可能取得的技術經濟指標。

2.2 模糊數學選擇采礦方法的優點

模糊數學中所指的模糊現象，是指某些客觀事物之間的差異，在中間過渡時所呈現的"不分明性"，這種客觀事物之間的"不分明性"在模糊數學上稱之為"模糊約束"或"模糊目標"。采礦過程中，影響采礦方法選擇的因素眾多，礦體形態、產狀、規模、礦巖物理力學性質、礦石價值、水文地質條件、采礦過程中的安全和對地表的影響程度等都具有模糊性。反之，采礦方法不僅對地下資源的回收程度、投資大小、勞動生產率高低和礦石開采成本等主要技術經濟指標有影響，而且還影響著工作安全、生產規模、礦石加工的經濟效果。因此，采礦方法的選擇是一個典型的模糊決策問題。

采礦方法的選擇，主要采用技術經濟評價法，在分析對比采礦方法技術經濟指標時，只能按同類指標單一地評估其優劣程度，而難以從定量的角度，分析和驗證各項指標對采礦方法產生的綜合影響。在采礦方法評價過程中，特別是當礦體開采技術條件比較復雜，可供選擇的采礦方法在技術經濟上優劣不明顯時，選擇者因受知識水平、業務能力、經驗豐富程度的影響所做出的決策，不可避免地帶有個人的主觀意念，甚至做出錯誤決策。由于采礦工程特殊復雜的客觀條件，采用技術經濟評價法作為采礦方法選擇的最終手段，有其局限性，要達到全面、準確的擇優效果是困難的。模糊數學原理，則提出了新的決策方法，為采礦方法的選擇提供了一種新的途徑。礦體處于復雜的構造應力場中，其開采技術條件具有極大的模糊性、隨機性和未知性，因而，在進行采礦方法方案選擇時，也存在著諸多影響因素的模糊性和隨機性。在運用模糊數學對采礦方法進行優選時，可以將采礦過程中的各種模糊或主觀因素轉化為數學形式，量化分析各方案的評價指標，使方案的評價和選擇更科學、合理、可靠。

3 優選采礦方法

3.1 優化的采礦方法選擇步驟和方法

步驟和方法的優化：運用數學模型和計算機技術對采礦方法選擇的步驟和方法進行優化，見圖1。技術上可行的采礦方法方案用專家系統的計算機程序選出。優劣難分的采礦方案用價值工程法、綜合評價系數法或模糊數學等數值法選出。對于優劣難分的采礦方法方案的結構參數和工藝參數，以經濟效益等作為優化準則建立數學模型求解，求得最優采礦方法。

圖1 優化的采礦方法選擇步驟和方法

3.2 優選采礦方法使用范圍

運用近代數學和計算機技術的優選采礦方法，使得選擇采礦方法的決策具有一定的科學性，但該類方法也有適用范圍，以下兩個方面就不適用數學優選：

（1）特殊的礦床條件

巖金礦山主要是含金石英脈型礦床，且多數為薄與極薄礦體。此類礦床開采技術條件，一般礦巖較穩固或穩固，可供選擇的采礦方法單一，只有全面法或者削壁充填法，不適用數學優選采礦方法。

（2）礦山生產條件

我國巖金礦山達數百座，但大多數為中小型礦山，其生產能力200t／d上下，且多數是薄或極薄礦脈，品位不高，資金有限，機械化程度低。此類礦山開采缺乏資金購置先進機械設備，無能力建立填充系統，技術力量和管理經驗也相對不足，所以只適用常規采礦方法，并加以改進以提高生產能力，降低采礦損失率、貧化率指標，改善企業經營狀況。

[1]徐忠義，杜前進.采礦知識問答[M].北京：冶金工業出版社，1997，1-454.

[2]金川有色金屬公司，北京有色冶金設計研究院.地下采礦方法[M].鞍山：中國礦業出版社，1994，1-482.

[3]韓現民，李曉，杜國棟.模糊評判在露天轉地下礦山的礦房結構參數優化中的應用[J]，工程地質學報，2006，14(05)：1-7.

[4]暢文生，黃曉乃.模糊數學在采礦方法優化選擇中的應用[J]，長沙大學學報，2002，16(4).