模糊数学在采矿方法优化选择中的应用.pdf

第 1 6卷第 4期 2 0 0 2年 1 2月 长沙大学学报 J OURNAL OF CHANGS HA UNI VE RS I TY Vo1 ．16 NO．4 De c ．2 0 0 2 模糊数学在采矿方法优化选择中的应用 畅文 生 1 ．长沙有色 冶金设计 研究院 ， 湖南 长沙 黄 晓乃 伍衡 山 李蒲姣 4 1 0 0 1 1 ； 2 ．南华大学建筑 工程 与资源环境学 院 ， 湖南 衡 阳4 2 1 0 0 1 摘要 本文详 细介 绍 了运 用模糊矩 阵进 行金川镍矿 三矿区 采矿 方法优化选择 的方 法， 可 为有关部 门决 策提供参考 。 关键词 金川镍矿 ； 采矿方法 ； 模糊矩 阵 中图分类号 O1 5 9 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 -- 4 6 8 1 2 0 0 2 0 4 ⋯0 0 5 40 4 Ap pl i c a t i o n o f M i s t y M a t h e ma t i c s i n t he M i ni ng M e t ho d Op t i mi z a t i o n Cho o s e CHANG W e ns h e n g ， HUANG Xi a on a i ， W U He n gs h a n ， L I P uj i a o 1 ． Ch a n g s h a No n一{ e r r o u s M e t a l l u r g y De s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch a n g s h a 4 1 0 0 1 1， Hu n a n， Ch i n a； 2 ． Ar c h i t e c t u r e ， Re s o u r c e s a n d En v i r o n m e n t De p a r t me n t o f Na n h u a Un i v e r s i t y， He n g y a n g 4 2 1 0 0 1 ， Hu n a n， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s t e x t i s d e t a i l e d t o i n t r o d u c e t h e ma t r i x o f a p p l i c a t i o n t o p r o c e e d t h r e e mi n e a r e a s o f J i n c h u a n Ni Mi n e I o r t he mi ni ng me t ho d op t i mi z a t i o n c ho os e， a nd c an b e pr ovi d e d t o r e l a t i v e de p ar t me nt s f or de c i s i o n． Ke y wo r d s J i n c h u a n Ni Mi n e ； mi n i n g me t h o d； mi s t r y ma t r i x l 前言 金川 I 镍矿是我 国重要的镍基地 ， 也是我 国开 采技术条件最为复杂的矿 山之一 。该矿 目前正在 开采一矿 区 龙首矿 和二矿 区的富矿 ， 其生产能 力分别为 3 0 0 0 t ／ d和 8 0 0 0 t ／ d 。 二矿区正在进行技 术改造 ， 改造完成后， 其生产能力将达 1 1 0 0 0 t ／ d 。 采用 的采矿方 法为机械化 上向高进路 充填采 矿 法 。 三矿区和一矿区原为一个矿体， 只是 由于构造 的作 用 ， 含 矿 超 基 体 岩体 西 端 向南 西 位 移 约 8 0 0 m； 但是， 三矿 区主要 为贫矿， 开采技术条件 比 一 矿区还要差 。 本文运用模糊数学方法 ， 对三矿区 采矿方法进行 了优化选择， 为有关部门决策提供 参考 。 2 金川镍矿三矿区开采技术条件简介 2 ． 1 岩体 矿体 初步工程地质分类 从补堪地质报告 Z K7 3 、 Z K7 6两孔岩心 资料 来看 ， 岩体的 RQD值大部分小于 5 0 ， 线隙率大 部分大于 5条／ m， 多为碎裂结构 。 因此 ， 根据全国 统一的围岩分类标准， 矿区围岩主要为 Ⅲ类岩体， 断层破 碎带、 软弱搓 碎带 、 挤压破碎带 为 I V类岩 体 。 2 ． 2 开采技术条件 2 ． 2 ． 1 矿体特征 金川镍矿三矿区全部矿体为隐伏于第四系之 下的盲矿体 ， 其 Ni 平均 品位仅为 0 ． 6 2 ， 是 目前 开采富矿 Ni 平均品位的 1 ／ 3 。矿体赋存于超基体 岩体 中和超基性岩体顶底板围岩接触带上。主要 矿 体 为 1矿 体 ， 占全 区 探 明 C u金 属 储 量 的 8 5 ． 5 ％， Ni 金属储量的比例 为 8 6 ． 6 。 走 向NW ， 倾向 S W， 倾角上部较缓 ， 一般 5 0 6 0 。 ， 1 5 8 0以下 逐渐变 陡， 达 7 0 ～8 0 。 。倾向上 整个 矿体 东部厚 大 ， 延深 6 0 0多米未见尖灭， 中部 8行变薄 ， 1 0行 变厚 ， 延深 3 0 0 ～4 0 0 m尖 灭， 矿体又变薄且紧贴 岩体边部发为上下两枝； 走向上 东起 F 断层， 西 至 l 4 ～1 6 行尖灭， 全长 4 6 m， 呈平躺葫芦形状。 矿 体平均厚度为 6 6 ． 6 6 m、 倾角为 6 0 ． 4 2 。 。 收稿 日期 2 0 0 2 一 l 1 一O 5 作者简介 畅文生 1 9 6 2 一 ， 男， 山西运 城人 ， 长沙有色冶金设计研究院高级工程师 ， 主要从事采矿技术研究 ． 维普资讯 总第 5 4 期 畅文生黄晓乃伍衡山 李蒲姣 塾堂垄 鎏 丝竖生鲍 旦 墨 墨 2 ． 2 ． 2 顶 、 底板围岩及矿体的稳固性 含 矿超 基 性 岩体 一 般 岩 芯 完 整 ， 坑 道 稳 固 。 仅在局部地段节理发育 ， 形 成 1 ～2 m 的破 碎带 。 从井下观察 ， 沿节理面常有水金云母 、 绿泥石、 滑 石 、 蛇纹石等 ， 遭水呈泥状 ， 光滑易动， 增加了岩石 的 不稳 定性 。 顶底板围岩 2 K7 3 、 2 K7 6的钻孔 资料表 明， 岩体 的 RQD值大部分 小于 5 0 ， 线隙率大部分 大 于 5条／ m， 大理 岩 、 混 合 岩 稳定 性 差 ， 边 缘 绿 泥 石片岩软弱搓碎带、 断层破 碎带 以及挤压破碎带 稳 定性极 差 。 根据一矿 区实际开采资料 来看， 由于受断层 不 断 活 动 的 影 响 ， 矿 岩 内 部 含 有 N5 5 。 ～ 7 0 。 w 、 N3 7 。 ～ 6 0 。 E 两 组 隐 伏 小 构 造 以 及 N3 3 。 6 2 。 W 、 N1 5 ～5 5 。 E、 N3 6 0 。 E三 组节理 裂隙 ， 常将岩体切 割成互不联系的“ 块体” ， 并促成片冒， 增加了矿岩 的不 稳定性 。 三矿 区贫矿有采 用 自然崩 落法开 采的可能 性 ， 并且 ， 地表允许陷落 。 3 采矿方法初步选择 根据前述 的矿体特征和开采技 术条件 ， 首先 应排除空场采矿法。 那么， 适合三矿 区贫矿开采可 能的采矿方法有无底柱分段崩落法 、 有底柱分段 崩落法 、 阶段强制崩落法 、 自然崩落法等。由于有 底柱分段崩落法同阶段强制崩落法有类似之处， 而且前者采切工程量大 ， 生产能力低 ， 因此 ， 有底 部结构的采矿方法以阶段强制崩落法参与 比较； 传统 的无底柱分段崩落法在加采过程中由于眉线 遭到破坏 ， 放矿椭球体变形 ， 致使贫损指标难以控 制 ， 因此 以其变形方案一漏 半放矿无底柱分段崩 落法参与 比较 。 4 采矿方法综合评判 采矿方法综合评 判是根据模糊 数学理论 ， 求 出各采矿方法定量和定性指标的相对隶属度模糊 矩 阵， 然后按多位专家确定的备采矿方法指标所 占权重进行计算得出其优劣结果的一种行之有效 的方法 ， 目前正在采矿业广泛使用。 4 ． 1 模糊矩阵的确定 4 ． 1 ． 1 定量指标隶属度的确定 定量指标对隶属度按下式计算 对 于 正指 标 越 大越 优 有 I f i 三 f i l f f Ui j J i 】 Ji j ． -- J i l 3 i 3 i | 3 it 0 f i l f l 对于负指标 越小越优 有 1 0 f i | f i U ii一＼ ．L F p i - 一 ．L f j i l f , p j i j i t 【 1 ， 式中 “ ， ． 『 方案 i 指标的隶属度 ； 一 一 指标的上限值 ； 广一 一i 指标 的下限植 ； 川， 为各方案 的相 对最大最小值 。 各采矿方法的定量指标详见表 1 。 根据上两式计算的各采矿方法定量指标的隶 属度矩 阵为 R卜一 6 表 1 采矿方法定量指标表 1 0． 7 8 3 0． 71 4 1 0． 61 4 0． 3 37 0． 5 1 0 ．4 29 0． 7 14 1 1 0． 5 0 1 0 ． 71 4 0 0 0 0． 0 92 0 0 0． 3 69 0． 2 98 4 ． 1 ． 2 定性指标隶属度的确定 首先对定性指 标赋 以模糊定量值 ， 然后用二 元对 比排序法求其隶属度 。将其定性指标按其重 要程度划分 为 5个等级 ， 请有经验的专家 赋以定 量值 ， 如表 2定性指标赋值表所示。 于是得到判断 矩 阵 维普资讯 5 6 长 沙 大 学 学 报 2 0 0 2 年 1 2月 B一 B x 其中 b o 一』 “ ， ／ “ 表 2 定性指标赋值表 且 满 足 6 一1 b l j 一 1 ／ b ， _『 一1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ， 当 6 。 j ≥ 1时 ， 令 一1 。 这 时 判断矩 阵 B一 即 为二元对 比排 序的相及矩阵， 对矩阵每行取小， 就得出该指标的 隶属 度 。 本次对定性指标选取 了对各采矿方法有影响 的几个 因素 如安 全 程度 、 工艺 简 单 程度 、 对 矿体适 应程度、 矿山对该方案的熟悉程度等进行计算 比 较 ， 由此得采矿方法各方案写性指 标的隶属度如 下 B 1 0． 5 0 ．6 7 1 1 2 O． 4 1 0 ．4 计算各因素权重值 m 得 口 l 一1 ． 6 6 7 一0 ． 5 8 4 1 ．6 6 7 s 一 1 ．1 6 7 6 2 ．3 3 4 7 2 ．3 3 4 1 ．6 6 7 l 0 0 ． 46 7 归一化 处理 后得 l 一 0． 1 0 03 2 0 ．0 5 02 0． 1 00 3 口 一 0 ． 1 0 03 6 0． 2 0 07 7 0 ．2 0 07 0 ．1 00 3 l 0 0 ． 0 40 1 1 0 ．5 0． 6 7 1 1 2 0． 4 1 0． 4 1 0． 5 0 ．6 7 1 1 2 0 ．4 1 0 ． 4 3 0． 77 8 一 8 0． 4 67 9 一 3 0 ． 06 6 9 4 8 0 ． 04 01 9 R7 一l 0 0． 5 0 ． 2 1 1 0 ． 5 1 0 ． 5 1 0 ． 5 0 ．2 1 1 1 O． 2 O ．5 1 综合得模糊矩 阵如下 Rl l 0 1 0． 7 83 0． 71 4 1 0 ．6 1 4 0 ．3 3 7 0． 5 0． 5 0 ． 5 1 0． 5 1 0． 4 29 0 ． 71 4 1 1 0 ． 2 1 0 ．2 0 ． 2 0． 5 0 1 0 ．7 1 4 0 0 1 0 ． 5 1 0 ．5 0 0． 09 2 0 0 0 ．3 6 9 0 ．2 9 8 1 1 1 1 4 ． 2 权 矩阵 的确 定 对于上述 1 0个因素对采矿方法影响的权重， 请专家按表 2的模糊定量方法赋值， 由此构造判 断 矩 阵 B 如下 0 ． 5 0． 2 5 0． 3 3 0 ．5 0． 5 1 0． 2 0． 5 0． 2 0． 5 0 ． 25 0 ．3 3 0． 5 0 ． 5 1 0 ． 2 0 ．5 0 ．2 2 ．5 1 ． 2 5 1 ． 6 7 2 ．5 2． 5 5 1 2 ． 5 1 1 0 ． 5 0． 6 7 1 1 2 0 ．4 1 0 ．4 2． 5 1 ． 25 1 ．6 7 2． 5 2 ． 5 5 1 2 ．5 1 权矩阵 a为 一 0 ． 1 0 0 3 0 ． 0 5 0 2 0 ． 0 6 6 9 0 ． 1 0 0 3 0． 1 0 03 0 ． 2 00 7 0． 2 0 07 0 ． 04 01 0． 1 0 03 0． 0 4 01 4 ． 3 评判结果 由权矩阵与模糊 矩阵相乘即得最 后评判结 果 。 口 R得 口 R一 0 ．6 2 8 0 ．61 0 0 ．5 3 0 0 ．4 8 3 由此可 以看 出， 适合金川三矿区贫矿开采的 采矿方法依次为 阶段强制崩落法 ； 自然崩落法 ； 漏斗放矿无底柱分段崩落法； 无底柱分段崩落法。 3 1 1 1 O 1 0 3 l ； 2 2 2 4 2 L O O 维普资讯 总第 5 4 期 畅文生黄晓乃伍衡山 李蒲姣 模糊数学在采矿方法优化选择中的应用 5 7 5 结语 通过以上采矿方法综合评判， 推荐选 用阶段 强制崩落法 为金川 I 三矿区贫矿开采的采矿方法 。 但是 ， 考虑到 自然崩落法开采成本最低 ， 对开采金 川三矿 区贫矿体最为有利 ， 因此 ， 矿 山开采初期应 立即进行 自然崩落法开采试验 ， 若效果好， 则应转 入 自然崩落法开采 ， 而 阶段强制崩落法和 自然崩 落法段高相同、 底部结构基本相 同， 相互转变非常 灵活 。 参考文献 [ 1 ]中国冶 金百科全 书总编 辑委员 会 采矿 卷 编辑 委员 会 ．中国冶金百科全书～采矿卷[ M] ．北京 冶金工 业 出版社 ， 1 9 9 1 ， 1 ． [ 2 ]杨殿 ． 金属矿床地下开采D] ．湖南长沙 中南工业 大学 出版社 ， 1 9 9 9 ， 1 2 ． [ 3 ] 苏 库利什主编 ．柴之 良， 荆 自刚译 ．采矿生产计划 与管理工作中的数学方法[ M] ．北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 8 2 ， 1 2 ． [ 4 ]方述诚 ， 汪定伟 ． 模糊数 学与模糊优化 [ M] ．北京 科 学出版社 ， 1 9 9 7 ， 1 0 ． 1- g ]李凡 ．模糊专 家系统 [ M] ．湖北 武汉 华 中理 工大 学出版社 ， 1 9 9 5 ， 6 ． 维普资讯