论采矿方法选择的优化系统.pdf

J URNAL OF TA N GSH A 藩 眷 晶 茕H N 0 L O G Y1 9 们 年 ． j 嚣 3 c ． 论采矿方法选择的优化系统 弓 c f 一 厶 l U 张志 礼柴 建设 t 果孝 I 采 摘要 提 出 采矿 方法选择 的优 化 系统 ， 构造 与建立 采矿方 法库和采矿方法优选决 策系统库 系统总结 1现 行采矿方法 的适用 条件和主 要技 术经济指 标 ， 对 采矿 方法 影响 因素做 相 关分 析 ， 建 立 优 选 敷 学 模 型 ， 以 实 现 采 矿 方 法 选 择 的 科 学 化 。 关键词墨芏查鎏； 技术经济指标； 敷学模型； 决策系统 __ 一 中图分类号TD2 1 也1 ； 石 广 l 五 地下采矿 方法 是生产矿山进 行地下采矿 的核 心问豚 ， 采矿 方法选择又是地 下开 采设 计的重要 内容 。 采矿 方法选择是 否正确 ， 不仅对采准 、 回采工艺本身有着突出的影 响 ， 而且 直接关 系到整个矿 山的其它生产工艺环节 ， 并最终影响着矿床开 采 的经济效 果 。因此 ， 做 好采矿方法 的选择至关重要 1 引言 关于 采矿方法 的选择问题 ， 我国从五十年代以来先后发表过一些文章 。近些年 来 ， 又 有 人就采 矿方法的选择问题 ， 提 出新 的看法和作法 他们从分析研究闻豚 出发 ， 试 图使某 些理 论和方法不断完善 ， 做 丁有益 的工作 。但就对问题研 究的深度和广度来说 ， 还没有完 全建立起 一个 比较完善 、 科学 的决策 系统 。所 以系统的总结现 行的采矿方法 ， 每种方 法的 适用条件和其主要技术经济指标 ， 对采矿方法选择中的模糊因素作定量分析 ， 建立较完整 的采矿方法优选的决策 系统 ， 有助于实现采矿方法选 择的科学化 。 本文提 出的采矿方 法选 择优化 系统 ， 主要 是构造 与建立起 采矿方法库和采 矿方法 优 选决策系统库 。 采矿方法库 ， 主要是 系统的 归类 、 分 析 、 总结现行国内外各种地下采矿方 法 、 分析 研究 它们的适用条件 ， 方 法特点 ， 有关结构参数 ， 主要技 术经济指标 。在 归类 分析 的基础上 ， 系 统地将其储存于计算机 中 从而形成采矿方法库。 采矿方法优选决策 系统库 ． 主要是用数值分析 ， 模糊集理论 、 技术经 济 ， 系统工程等方 法 ， 对采矿方法影响 因素做相关分析 、 技术经济计算 ， 构造与建 立一个完整的采矿方 法优 选数学模型 ， 编制求解数学模型 的软件包 ， 形成采矿方法优选 的决策 系统库 。 2 关于采矿方法库 地下采矿方法按 其顶板管 理分 为空场法 、 崩 落法和 充填法三大类 。我们认为 ， 建立采 本文收祷 日期 1 9 9 3 --0 4 0 5 维普资讯 2 唐 山 工 程 技 术 学 院 学 报 1 9 9 ．3年第 l 5卷 第 4期 矿方法库 时， 采矿方法 的划分 ， 一要反映 出采矿方法的实质 ； 二要简明、 准确 } 三要全面 、 易 行 。 遵循这一原 则， 我们所 建库 中 ， 将采矿方法分 为 2 1 种 。由于采矿方法的影响因素和指 标很多， 如影响和决定采矿方法的地质开采条件， 采矿方法的生要技术经济指标， 采矿方 法的结构要素等 。 为了能全面地反映 出影响采矿方法的各种 因素和它 的技经指标 、 结构要 素， 我们对国内矿山按 2 1 种方法分别建立了三个库。 2 ． 1 a a库 采矿方法的地质开采条件库 。将地质开采条件 中的主要因素做 为字段 ， 对 这些 因素能够量化 的尽量量 化 ， 不能够量化的定性描述 出来 。这些 因素主要有矿体倾角 、 厚度 、 埋探 、 品位 、 贵重性及矿体和上 、 下盘围岩稳 定性 ， 地表是 否允许崩落等 。 2 ． 2 b b库 采矿方法的主要 技术 经济 指标库 。将采矿方法的主要技术经济指标做 为 字段 ， 主要 包括采场生 产能力 、 采矿工效 、 采掘 比、 损失率 、 贫化 率 、 主要材料单耗等 。 2 ． 3 C C库 采矿方法的结构要素库 将采矿方法 的结构要素做 为字段 主要有阶段高 度 ， 矿块长度 、 宽度 、 矿柱尺 寸与进路 间距等 对 国外矿山建立 了开采工 艺和技经指 标库 。 找们将能收集到的国内、 外矿 山的实际资料 ， 根 据库结构形式将每一 矿山做 为一条记 录输入数据库中。国内矿有 2 1 9个矿 山的 资料 ， 国外矿有 3 8 9个矿 山的资料。 3 关于采矿方法优选决策系统库 3 ． 1 地下采矿方 法及适 用条件分析 由于地下采矿方法的类别划分 ， 不 同文献有着不 同的观点和提法 。 就某 一种采矿方法 的应用条件而言也同样有着不 同资料 ， 各有所异。 为了便于采矿 方法库 的建立 以及优选采 矿方法 ， 我们针对 国内地下采矿方法的实际应用情况 并遵循采矿方法分类 的原 则 ， 对采矿 方法的分类与各采矿方法的适用条件做了重新归纳整理 在此基础上我们l又对影响采矿 方法适用因素进行 了分析和类别划分 。 根据经归纳得 出的 2 o种采矿方法的适用 条件． 经分析 研究 ， 确定 了 1 2个因素做 为影 响采矿方法适 用的主要 因素 。并且 为了对每一 因素进行量化 ， 而 予以类别 划分 见表 1 划分 中遵循 了 3条 基本原则 ， 即划分的等级 要明显体现 出差别 ； 等级 不能分得 过细{ 要便 于查询和 计算 因素分析和类别 划分 为采 用数值分析法确定采矿方法优先域奠定 了基础。 表 1 影响 采矿 方法 适用 固索类 别等级 表 维普资讯 论采 矿方法选 择的优 化 泵坑 ⋯ 一 张志 札柴建设 3 3 ． 2 数值分析 法确 定采矿方法优先域 我们采用数值分析法确定采矿方法优先域的基本思路是 ． 设有几种 采矿方 法 ， 依 次是 A 、 A ， ⋯⋯A 表示 每种 采矿 方 法所 对应 的矿 床赋 存条 件 等 因素分 别 以 C 、 C 、 C ， ⋯⋯ } d 。 、 也、 d ， ⋯⋯ - e l 、 e 、 e | ⋯⋯表示 某种采矿方法 A． 必定对其中的因素有特定要求 ， 或者说与 这些 因素关 系密切 。那么 ， 这些 因素适于 A． 法的隶属度 则大 。 基于这种思 想， 我 们确 定适宜的菜因素 ， 某情况对某方法适用性的模糊 归娄值域基准 ， 进而设计研 究 出这些 因素的多种情况对 A， 法的隶属 度 见表 2 。再通过计算机运算科学地确定出采矿方法 的 优先域 。 3 ． 3 用模糊关 系方程计算优先 域中的采矿方法主要技术经济指标 关 于技术经 济指标的求解方法 ， 我 们采用 如下公式计算设计矿 山的某种采矿方法 的 某项指标 n D 厶 w X 式中D 所设计矿 山的 某种采矿方 法的某项指标 ； 类似条件 的生产矿 山所 具有 的根值 ； Xi 类似条件生产矿山该种方法所对应的指标 ； i 矿 山个 数 。 关于 wt 的求解 ， 我 们建立 了相 应的教学模型 为 B WA 或 b ⋯b 一 w W2 ⋯W ai i ai 2 ani an2 1 1 ， 2 ⋯ n{J 1， 2 ， ⋯ m 式 中b j 所设计矿 山的地质开 采条 件； a 类似 的生产矿山的地质 条件 ； W 各生产矿 山的权值 。 3 ． 4采矿方{ 壹的状态 函数 3 ． 4 ． 1 经济效果指 标 s 采矿方{ 壹的经济 合理性 ， 应该体现在 每吨矿石工业储量上 的经济效果最好 。 我们将经 济效果指标 s ， 定义 为采出单 懂矿 石产品 的盈利指标 。经分 析研 究 ， 这 样馓是 比较 合适 的 。 设 a、 B 、 8分别 为矿石工业品位 、 精矿 品位和冶炼产 品品位 ； 1 3为多金属可利用金属 种数 ； ￡ 、 ￡ 2 分别为选矿和冶炼回收率 ； P 、 P ， P 分别 为矿石 ， 精矿和 冶炼 产品价格 ； p为矿石贫化率 c- 、 c。 ． ca 分别为矿石 、 精矿和冶炼产品的开采与加工 费 或成本 m m m a a a 维普资讯 4 唐山 工 程技 术学 院 学 报 1 9 9 3年第 l 5卷 第 4期 则经 济效果指标函数为 ①采选 冶联 合企 业 或计算到金属 产品时 s ∑ 二 P ； 一 c 。 c 。 c ②采选 联合企业 s ∑ 一 c c ◎单 一矿 山企业 ’ Sl a I -- p Pl -- C 3 ． 4 ． 2 劳动生产率指标 S 。 矿山全员劳动生 产率 或生 产工 人劳动生产率 皆量矿 山机械化程度 、 生产规模 、 生 产工 艺过程、 工 人技术熟练程度和企业的管理水平等因素的影晌 。然而， 我们这里指的劳动生 产率 s z ， 是直接受 采矿方 法影 响和 制约而 体现 出采矿方法本身劳 动生产率 如何 的指 标。 可依据实际情况确定 为， 采矿工 人劳动生产率和掌子面工效等 。 设 劳动生产率为 H， 定 义 s 一H。 3 ． 4 ． 3 损失贫化指 标 S 为了计算的方便 ， 同时又不失实用价值 ， 建议采用贫损和 表示 ， 即定 义 s ， 一贫损和 。 S 3 一 p q 式中p 矿 石贫化率 ； q 矿 石 损 失 率 根据我们关于矿产 资源 损失 的经 济评价和矿石损 失与贫化 遗成 经济损 失的研 究 ， 取 贫损和的方法是合适 的。 3 ． 4 ． 4 矿块生产能力 或采矿生产能力 s ． 矿块生产能力大小从另 一个 侧面 体现 了开采强度 是有效保证矿 山生 产能力的重要 方面 。它是衡量采矿方法的指标之一 。设采矿方法的矿块生产能力 为 E， 则令 一E。 3 ． 4 ． 5 采准切 割工 程量 s - 因为采矿方法在 向结构简单化方面发 展 ， 另外 ， 采准切割工程量 又是 标志采矿方法结 构的一个指标 ， 该指标也体现 了开采 一定矿石量所 投入的工 程量大小 ， 故列 为一项 ， 定 义 为 S s ， 令 s 5 一G 3 ． 4 ． 6 主要材料 消耗 s 不同采矿方法对主要 材料 的消耗量不 同。 为了计量的统一和便于客观进行 比较 ， 推荐 用下式计算 。 S 6 F1 f l F f 2 F3 f s F4 F f - F6 式 中F 。 单位炸药消耗量 ； F 。 坑木 消耗量 ； F a 雷管 消耗量 ； F ． 导火线消耗量 } ’ F s 合金 片消耗量 } 维普资讯 论采 矿方法 选择的 怃他 系统 - 张 志札柴 建设 5 F 钎子钢 消耗量 。 f 、 f 2 、 、 f ． 、 f 、 f 分别为上述对应材 料的单价 。 3 ． s 采矿方法优选的综合评判 3 ． 5 ． 1 建立指标规矩阵 一 { } 一 】 2 】 2 ● ● l 2 j 第 i 种方法的第 j个状态 函数指标值 。 由于采矿方法状态 函数 指标值 的意 义和量纲的不一致 ， 必须进行无量纲 标准化 。 我们 采用了相对值的方法 。 1矩 阵经无量纲标准化 后得 。 R一 { L ． 一 3 ． 5 ． 2 构造判断矩阵及其 排序计算 设判断矩 阵的形式如下 S】 1 SI 2 S， ． S ， S I 2 其中 ， S 具 体为 s ． 对 s j 指标的重 要程度赋值 ， 且满足 l， S ． 一 t ／ s i i ， j 一 1 ， 2 ， ⋯ ⋯ m 。 指标优先序的确定 亦即指标权值 ． 通过判断矩阵． 用 乘积方根 谣． 则有 ／ V． 式 中V 判断矩阵每一行元 素的乘积 。 对 向量 W ． 2 ● 正规化 ． 即 w． 一 则求得 的 w。 为特征向量。表征了 各状态函数指标的权值 。 由 ∑ ． 一一 权值的太小则可得出重要性排序 。 3 ． 5 ． 3 综合评 判 最终评判采矿方法的优劣 ， 用采矿 方法 的综 合技术 经济评判 系数 K进行 。 K值 由下 ； 维普资讯 唐山 工 程技 术学院 学 报 1 9 9 3 年第 l 5卷 第 4期 式计算 K ／ w r ， J ， i 一 1， 2 ． ⋯ n， j 一 1 ． 2， ⋯ m ； W ， ， i 1 ， 2． ⋯ 1 1 1 式 中 无 量纲化后 的指标规矩 阵 ； W． 指标权值 向量 。 K值越大 ． 标志着 方案从总体上讲 ． 综合效果越好 ． 方 案越优 。 4 系统运 行 4 ． 1 本 系统功能 本 系统可 为新 设计矿 山的采矿方法进 行优化选择服务 ， 可对生产矿 山的采矿 方法进 行评价。总之 ， 可为金属矿床地 下开采的采矿方法的决策提供依据 。 本 系统是在大量 收集国 内外矿 山资料 的基础上 ， 运 用模糊 数学 、 价值工 程 ， 最 优化 方 法等理论知识 用 d B AS EⅢ和 F ORT RAN语言编 制而成的一个通用计算机软件 系统 。 本 系统具有通用性 强、 使用方便 ， 结果较 为可靠等特点 。 4 ． 2 本 系统运行环境 使 用该软 件 系统 ， 需要装 有 C C D OS系统 ， 汉字 d B AS E I系统的 I B M 机 或其兼 容 机 ． 或更高级机型 ． 如 2 8 6 ， 3 8 6等 ． 并配有打印机。 4 ． 3 本 系统使用方法 本 系统 开始运行后 ， 计算机屏幕 会提 示 各种信 息 ， 只要按提示要求 输入必要 的信 息 ， 计算机就 会不断运行 最终计算 出采矿方法的综合经济效果评判系数 ． 该 系数大小从总体 上反应 了这种方法 的综 合效 果的优劣 。 DI S C US S I ON ON AN OP TI MUM S Y S TE M OF MI NI NG M E THOD S EI E CTI I G Zh a n g Z h i l i Ch a i J i a n s h e Ta n g s h a n I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ABS TRACT An Op t i mu m s y s t e m o f mi n i n g me t h o d s e l e c t i n g wa s p u t f o r wa r d ．A r ai n． i n g me t h o d b a s e a n d a d e c i s i o n m a k i n g s y s t e m b a s e f o r mi n i n g me t h o d s e l e c t i n g we r e e s ． t a b l i s h e dTh e a p p l i c a b i l i t y a n d ma i n t e c h n i c a l e c o n o mi c n o r ms o f t h e e x i s t i n g mi n i n 窟 me t h o d we r e s u mm t r i z e d A c o r r e l a t i v e a n a l ys i s f i l l i n l l u e n c e f a c t o r s o f mi n i n g m e t h o d s e l e c t i n g wa s ma d e M a t h e ma t i c a l mo d e l s f o r o p t i mu m s e l e c t i n g we r e c o n s t r u c t e d ．Al l o f t h i s ma k e s i t p o s s i b l e t h a t mi n i n g me t h o d s c a n be s e l e c t e d s c i e n t i f i c a l l v ． KE Y W ORDS M i n i n g Me t h o d； Te c h n i c a l Ec o n o mi c No r ms ； M a t h e ma t i c a 1 M o d e l De c i s i o n M a k i n g S y s t e m 维普资讯