聚类分析在采矿方法选择中的应用.pdf

第 2 4卷第 4期 2 0 0 8年 8月 湖 南有 色金属 HUNAN N0NF ERR0US M ET AL S 采选 聚类分析在采矿方法选择中的应用 肖 宏 二十三冶建设集团嘉元矿业控股公司， 湖南 长沙4 1 0 0 1 4 摘要 运用模糊聚类分析的基本原理， 对黄金洞金矿采矿方法进行聚类分析， 选用无底柱上向干 式充填采矿法， 取得了良好的经济效益， 并对环境保护方面取得了很好的效果。 关键词 聚类分析 ； 采矿 方法； 经济效果 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 文献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 0 8 0 40 0 0 1 0 3 我国黄金资源分布范围广、 矿点多， 但矿体埋藏 分散 ， 矿床规模及单矿体规模均不大 。不但 绝大多 数地方 国营矿 山及民采 矿山为小型矿 山， 而且大多 数矿体形态复杂多变， 品位一般都不均匀， 蚀变岩型 金矿体矿岩界线不明显， 肉眼较难鉴别 ， 并且矿岩稳 固性差_ 1 j ， 所 以在采矿方法选择上有相当大的难度 。 尤其是 中小型矿山在采矿方法上选 择不合理 ， 是 造 成矿产资源浪费， 经济效益较差的原 因之一。运 用 聚类分析的基本原理对采矿方法 的优 化选择提供 了 有效 的帮助。 1 模糊聚类分析的基本原理 j 所谓聚类分析就是按照物 以类聚的原则进行 聚 类 ， 即是根据模式 间的相似程度进行分类 ， 或通过 运 用某种相似程度 自动地进行分类 ， 或通过运用某种 相似性的度量方法把相似度大的模式聚为一类 。 F u z z v聚类分析的步聚 第一步 建立 F相似关系。 设 U{ u ， u 2 ， ⋯ u } 为待分类 的全体 。其 中 每一待分类对象由一组数据表征如下 u i 1 ， 2 ⋯ u 与 u 之间的相似关系有许多方法 ， 如数量积 法 、 相关系数法 、 最大最小法 、 算术平 均最小法 、 几何 最小法、 绝对值指数法 、 绝对值减数法 ， 还有 打分法 等等。选择哪种方法 ， 要根据实际情况求 u 与 u 的 相似关系 u ， u r 第二步 建立模糊等价关系。 作者简介 肖宏 1 9 7 1 一 ， 男， 工程师， 主要从事采矿技术的研究。 定义 1 设 是模糊相似矩阵 ， 如果 ≤ ， 则 称 为模糊传递矩阵。 定义 2 包含 的最小 的模糊传递矩阵叫做 的传递闭包， 记作 t R 。如果 满足下列条件 1 ． 自反性 1 。 2 ． 对称性 3． 传递性 R ≤R。 则称 为模糊等价矩阵。 定理 设 是模糊相似矩阵 ， 则必存在 自然数 k ≤n ， 使 t R R ， 并且对于一切大于 k的自然数 ，有 R R 。此时， R t 为模糊等价矩阵。 根据上述定 理 ， 从模糊相似矩 阵可 以利 用传递 闭包 的平方法来构造一个模糊等价矩 阵。当第一次 出现只 K时， 那么 K就是传递闭包 。 第三步 进行聚类 。 定理 设 R E u ， 0 ≤ ≤1 ， 则按 将 分成 的每一类必定是按 将 分成 的子类 。这 条 定理说 明 当 由 1降至 0时 ， 由 F等价关 系 确 定 的分类所含元素 由少变多 ， 再归并 ， 最后成一类 ， 从而形成聚类 图。 2 应用实例 黄金洞金矿位 于平 江县县城东 7 2 k m处 ， 地理 坐标 东经 1 1 3 。 5 9 ～1 1 4 。 0 4 ， 北纬 2 8 。 3 9 ～2 8 。 4 1 。 该矿采矿历史悠久 ， 在实践开采过程中采用 了多种 适合于该矿采矿方法。如全面法、 房柱法、 崩落法、 留矿法等。但因该矿三号脉顶底板较为破碎 ， 矿体 倾角 5 O 。 ～ 6 o 。 ， 品位在 4 g左右 ， 矿脉厚度 1 ． 5 i n 左 右， 且矿体和围岩、 夹石界线不清晰， 一直是矿山开 维普资讯 2 湖南有 色金属 第 2 4卷 采的难题。 该矿经对多年采 矿方法 的经验总结 ， 用模糊聚 类分析的方法， 选用了无底柱上向干式充填采矿法。 具体分析过程 设 U{ 用全面法 “ ． ， 房柱法 “ 2 ， 崩落法 u 3 ， 充填法 u } ， X{ 回收率 l ， 贫化率 2 ，安全 3 ， 环保 4 ， 采矿费用 5 } 。 具体步骤如下 1 ． 根 据 多 年 的 实 践 总 结 ， 运 用 层 次 分 析 方 法t 3 j ， 并参考东坪金矿上 向分层干式充填采矿法的 指标 贫化率 9 ． 3 8 ％， 损失率 3 ． 9 6 ％。对全面法 、 房 柱法 、 崩落法 、 充填法 四种方法进行评估。 U 1 1 3 3 2 2 全 面法 房柱法 崩落法 5 7 5 3 1 3 充填法 2 ． 按最大最小法建立 F相似关系 ∑m in f ， x j kk f ， ， 1 r i i 一 ∑[m aII x k ， ik -d x ， ／ 1 。 得 F相似矩阵 R 1 0． 4 7 1 0． 7 3 0． 6 7 1 0． 1 8 0． 4 4 0． 3 0 1 3 ． 用平方根法传递闭包 R2 1 0． 67 1 0． 7 3 0． 6 7 1 0． 4 4 0． 44 0． 4 4 1 1 0． 6 7 1 0． 7 3 0． 6 7 1 0． 4 4 0． 4 4 0． 4 4 1 对称 对称 对称 因此， 是传递闭包 ， 也就是所求的等价矩阵 ， 从而得聚类图如图 1 所示 。 1 O 7 3 O．6 7 0．4 4 O 房柱法 充填法 崮落法 全面法 图 1 聚类图 4 ． 聚类。 当 0 ≤ ≤0 ． 4 4 ， U分为一类 { 全面法 ， 房柱法 ， 崩落法 ， 充填法 } 。 当0 ． 4 4 ≤0 ． 6 7 ， U分为二类 { 全面法} ， { 房 柱法， 崩落法， 充填法} 。 当0 ． 6 7 ≤0 ． 7 3 ， U分为三类{ 全面法 } ， { 崩 落法} ， { 房柱法， 充填法} 。 当0 ． 7 3 ≤1 ， U分为四类 { 全面法} ， { 崩落 法 } ， { 房柱法 } ， { 充填法 } 。 通过聚类分析 ， 该矿决定在房柱法的基础上继 续增加采矿费用的投入。采用无底柱上向干式充填 采矿法 ， 实验矿块选在三号脉 V 矿体 2 8 7 m中段。 该矿体主要特点 矿体是蚀变板岩型， 顶底板稳定性 差 ， 节理 、 裂隙发育 ， 倾角 5 4 。 左右 ， 脉厚 1 ． 5 m左右 ， 品位 4． 2 g左右。采场布置如图 2所示 。 图2 采场布置图 1 一联络道 ； 2～行 人上山 ； 3～临 时支护 ； 4一下矿上 山； 5一无矿 矿柱 ； 6一沿脉平巷 ； 7一竹 笼 ； 8一充填料 ； 9一充填上 山； 1 0一密 集木支护 ； 1 1 ～已充填上山； 1 23 2 7 m脉外平巷 ； 1 3 2 8 7 m脉 外平巷 ； 1 4一备采矿块 3 实验效果 通过采矿实验得到了贫化率， 回收率， 采矿费 用 ， 充填费用 ， 入选 品位的指标。再根据该 矿原来所 用采矿方法的指标得出对 比表 ， 如表 1所示 没考虑 开拓、 通风、 排水、 维简、 折旧费用 。 从表 1 可以看出充填采矿法 比其它采矿方法能 取得更好的经济效益， 并且有效地利用了矿产资源。 通过推广充填采矿法， 该矿取得 了明显的综合经济 效益 入选品位 由原来的 3 ． 1 g ／ t 提高到 3 ． 8 g ／ t ， 增 加了选矿厂的产值 ； 并且采矿排水 费用有所下降 ； 作 业人员安全性大大提高， 死亡率、 千人负伤率明显下 降； 减少因采矿陷落造成的地质灾害， 并减少了排水 费用和废石占地费用。 8 5 7 1，‘1 1 3 2 维普资讯 第 4期 肖 宏 聚类分析在采矿方法选择 中的应用 3 注 混入废石 品位 1 ． 2 s i t 。 4 结论 采矿作为一 门综合性的应用工程学科 ， 正确 的 选择采矿方法是一项极其重要而复杂的工作， 尤其 是 中小型矿 山因矿体形态复杂多变 ， 所 以采矿方法 在很大程度具有模糊性 的特点。运用模糊 聚类 的方 法 ， 选取合适的采矿方法 ， 再进行经济效益对 比， 是 采矿方法分析有效途径之一。 参考文献 [ 1 ] 孔庆峰， 赵亮， 赵春荣 ． 浅谈岩金地下矿山采矿方法 的选择 [ J ] ． 黄金， 2 0 0 1 ， 1 0 1 3 ． [ 2 ] 杨伦标 ， 高英仪 ． 模糊 数学 [ M] ． 广州 华南 理工大 学出版社 ， l 9 9 2． [ 3 ] 王 晓光 ． 灰色模糊 聚类分析与水质评价 [ J ] ． 辽 宁大学学报 自 然科学版 ， 1 9 9 7 ， 2 4 2 7 2 ． 收稿 日期 2 0 0 80 52 O T h e Ap p l i c a t i o n o f F u z z y Cl u s t e r An a l y s i s i n S e l e c t i n g M i n i n g M e t h o d s XI AO Ho n g J i a y u a n Mi n i n g Ho l d i n g C o ． ， L t d， E e s h i s a n y e C o n s t r u c t i o n G r o u p Co ． ， L t d， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 4 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t hi s p a p e r ， t he a ut ho r印 p l i e s t h e b a s i c pr i nc i p l e o f Fu z z y c l us t e r a na l y s i s t o t he mi ni ng me t h o d s i n Hu a n g J i n Do n g g o l d mi n e ， a n d s e l e c t s t h e u p wa r d d r y f i l l i n g s t o p i n g wi t h b o t t o ml e s s p i n a r ． Go o d e c o n o mi c b e n e f i t s a nd g o o d e f f e c t o f e n v i r on me nt a l p r o t ec t i o n a r e a c q ui r e d by t hi s mi n i n g me t ho d． Ke y wo r d s f u z z y c l u s t e r a na l y s i s； mi n i n g me t ho d e c o no mi c b e n e f i t 信息苑 国内惟一沸腾氯化实验室通过验收 攀钢技术 中心创新能力项 目建设 之子项 目“ 沸腾氯化 实验室 ” ， 最 近经省内外专家对其功能及工艺水平进行评估后 ， 通过 了攀钢集 团公 司的验收。 据介绍， 该实验室是国内目 前惟一的一个沸腾氯化实验室， 专家 认 为已经达到了预期的建设 目标 。钛 白是一种非常重要 的工业原料 ， 其生产方法有传统的硫 酸法和先 进的氯化法 两种 。沸腾氯化是 氯化 法钛 白的关键技术 ， 在国外 已经发展成 为一套成熟 的、 规模 化的 、 高 自 动化的工艺技术， 而在国内目 前只有少数几家产能较小的企业应用此 技术进行钛白粉生产， 且自动化程度相对较低。 以发展 国内最大钛产业为 目标的攀钢 ， 于 2 0 0 5年在 攀钢钢 研院 中试基地建设 国内惟一一个沸腾氯化试验室 ， 正式开始 了对具 有 国际 先进水平 的沸腾氯化工艺 技术及装 备 的研 究。其主要 目的是针对 国 内特别是攀西地 区钛原料 的特 点 ， 通过 实验室 小试和 中试研究 ， 成 功 开发 出适合 国内钛原料特点 的大型沸腾氯化工艺技术及装备 ， 形成 我 国具有 自主知识产权 的沸 腾氯化技 术。该沸 腾氯化实 验室经攀 钢钢 研院科研人员近 3 年的艰苦努力， 目前已成为沸腾氯化工艺研究的重 要试验平台 ， 可 以对各种钛原 料进行沸 腾氯化试 验 ， 对各种 技术参数 进行有效控制， 并能够为更大规模的中试线建设提供设计依据。该项 目的建成不仅可为攀钢做大做强钛产业提供条件支持， 而且对促进我 国民族钛工业 的发展具有十分重要的作用。 摘 自 中国有色金属报 维普资讯