浅谈基于模糊数学理论的采矿方法选择.pdf

生 兰 C h i n a N e w T e c h n o l o g i e s a n d P r o d u c t s 工业 技 术 浅谈基于模糊数学理论的采矿方法选择 张晓鹏 国投新集能源股份有限公司， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础 ， 是生产力构成的主要因素之一。 传统的采矿方法难 以适应复杂多变的地质条 件 以及难以准确预测和定量描述其他因素。 随着近代数学及计算机技术的发展 ， 运用模糊数学理论来优选采矿方法， 具有一定的科 学性和现实意义。 关键词 模糊数学； 采矿方法； 选择 中图分类号 T D 8 5 矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基 础，是国家经济起飞的首要条件及经济实力的 重要标志， 是生产力构成的主要因素之一。 采矿 方法的选择对安全生产、 提高矿石产量、 降低矿 石损失率和贫化率 、提高劳动生产率和降低成 本等具有重要影响， 关系到矿山的效益甚至矿 山的生存和发展。采矿方法的选择又是一项复 杂的系统工程 ， 矿床地质条件和矿体赋存条件 与采矿方法之间是一个复杂的非线性关系。传 统的采矿方法难以适应复杂多变的地质条件以 及难以准确预测和定量描述其他因素， 基于此 本文提出了用模糊数学理论来优选采矿方法。 选出的采矿方法在一定程度上能够克服主观性 和随意性 ， 具有 良好的科学性， 并能为矿山企业 选择采矿方法提供可靠的理论依据。 1 传统的采矿方法选择技术 传统的采矿方法选择主要分为三步，首先 根据矿床地质特征和采矿技术条件初选可行方 案， 然后进行技术积极分析， 若比较的方案之间 差异不明显，需要进行细致的综合分析选出最 优的采矿方法。 该方法依靠人的经验， 主观随意 性较大， 结果 比较主观、 片面 ， 缺乏科学性 。因 此， 需要综合采矿领域多位专家的经验， 并运用 科学理论将经验决策上升到科学化的决策水 平， 实现采矿方法的优化选择。 2 现代采矿方法 2 ． 1 基于数学及计算机技术的采矿方法 近代数学及计算机技术的发展是发展当代 科学技术的理论基础 ， 采矿方法的选择只有运 用了近代数学及计算机技术才能上升到科学的 高度。 近年来 ， 很多专家学者对此进行了深入研 究并提出了运用模糊数学选择采矿方法，运用 灰色关联分析选择采矿方法，运用灰色局势决 策选择采矿方法 ， 运用多目 标决策选择采矿方 法，运用价值工程选择采矿方法以及运用人工 智能选择采矿方法等。 灰色理论选择采矿方法包括灰色关联分析 和灰色局势决策 ， 该方法可以克服采矿知识的 不完全陛和非确知性 ， 但是没考虑到方案中各 目标、各因素的相对重要程度，不符合实际情 况；多目标决策选择采矿方法各目标权重的确 定具有一定的人为因素。权重确定的正确与否 。因而， 此法得出 的结果可能会与实际情况不符； 运用价值工程， 主要考虑的是经济技术指标，选择的采矿方法 不能很好的适应矿床地质开采技条件。人工智 能主要采用专家系统，但是专家系统仍存在着 知识获取的” 瓶颈” ， 知识” 窄台阶” ， 推理能力弱， 智能水平低 ， 系统次少， 适用性差等问题。 模糊数学法运用模糊数学选择采矿方法 没有明确遵循的选择准则，主要选择依据是各 种地质技术条件。首先， 初选一些采矿方法 ， 确 定这些采矿方法所要求的地质技术条件； 然后 ， 一 1 1 2 一 中国新技术新产品 文献标识码 A 列出拟选址采矿方法的矿山的地质技术条件， 计算并确定它们与初选采矿方法所要求的地质 技术条件之间的模糊相似程度，选择出条件最 近似的采矿方法。 模糊数学还可以用来预测采矿方法将取得 的技术经济指标。 首先 ， 列出本矿山的地质技术 条件 ， 再收集一些采用同样采矿方法的其他矿 山的地质技术条件， 对它们进行模糊聚类。 聚类 时， 与本矿山近似程度最高的矿山取得高权值， 其余矿山按聚类近似程度排序依次取较低的权 值；然后将各矿山用这种采矿方法取得的技术 经济指标加权平均，得到本矿上采样这种采矿 方法可能取得的技术经济指标。 2 ． 2模糊数学选择采矿方法的优点 模糊数学中所指的模糊现象，是指某些客 观事物之间的差异 ， 在中间过渡时所呈现的” 不 分明性” ， 这种客观事物之间的” 不分明性” 在模 糊数学上称之为” 模糊约束” 或” 模糊目标” 。 采矿 过程中， 影响采矿方法选择的因素众多， 矿体形 态、 产状 、 规模、 矿岩物理力学性质、 矿石价值 、 水文地质条件、采矿过程中的安全和对地表的 影响程度等都具有模糊性。 反之， 采矿方法不仅 对地下资源的回收程度、 投资大小、 劳动生产率 高低和矿石开采成本等主要技术经济指标有影 响， 而且还影响着工作安全、 生产规模 、 矿石加 工的经济效果。 因此， 采矿方法的选择是个典 型的模糊决策问题。 采矿方法的选择，主要采用技术经济评价 法， 在分析对比采矿方法技术经济指标时 ， 只能 按同类指标单一地评估其优劣程度，而难以从 定量的角度 ， 分析和验证各项指标对采矿方法 产生的综合影响。 在采矿方法评价过程中， 特别 是当矿体开采技术条件比较复杂 ， 可供选择的 采矿方法在技术经济上优劣不明显时， 选择者 因受知识水平、 业务能力、 经验丰富程度的影响 所做出的决策， 不可避免地带有个人的主观意 念， 甚至做出错误决策。 由于采矿工程特殊复杂 的客观条件，采用技术经济评价法作为采矿方 法选择的最终手段 ， 有其局限性， 要达到全面、 准确的择优效果是困难的。 模糊数学原理 ， 则提 出了新的决策方法，为采矿方法的选择提供了 一 种新的途径。 矿体处于复杂的构造应力场中， 其开采技术条件具有极大的模糊性、随机性和 未知性， 因而， 在进行采矿方法方案选择时， 也 存在着诸多影响因素的模糊．1生 和随机性。在运 用模糊数学对采矿方法进行优选时，可以将采 矿过程中的各种模糊或主观因素转化为数学形 式， 量化分析各方案的评价指标， 使方案的评价 和选择更科学、 合理、 可靠。 3优选采矿方法 3 ． 1 优化的采矿方法选择步骤和方法 步骤和方法的优化运用数学模型和计算 机技术对采矿方法选择的步骤和方法进行优 化， 见图 1 。技术上可行的采矿方法方案用专家 系统的计算机程序选出。优劣难分的采矿方案 用价值工程法、综合评价系数法或模糊数学等 数值法选出。对于优劣难分的采矿方法方案的 结构参数和工艺参数，以经济效益等作为优化 准则建立数学模型求解， 求得最优采矿方法。 图 1 优化的采矿方法选择步骤和方法 3 ．2优选采矿方法使用范围 运用近代数学和计算机技术的优选采矿方 法，使得选择采矿方法的决策具有一定的科学 性， 但该类方法也有适用范围， 以下两个方面就 不适用数学优选 i 特殊的矿床条件 岩金矿山主要是含金石英脉型矿床 ， 且多 数为薄与极薄矿体。 此类矿床开采技术条件， 一 般矿岩较稳固或稳固，可供选择的采矿方法单 一 ，只有全面法或者削壁充填法， 不适用数学优 选采矿方法。 2 矿山生产条件 我国岩金矿山达数百座， 但大多数为中小 型矿山， 其生产能力 2 0 0 t ／d 上下， 且多数是薄或 极薄矿脉， 品位不高， 资金有限， 机械化程度低。 此类矿山开采缺乏资金购置先进机械设备 ， 无 能力建立填充系统，技术力量和管理经验也相 对不足， 所以只适用常规采矿方法 ， 并加以改进 以提高生产能力，降低采矿损失率、贫化率指 标， 改善企业经营状况。 参考文献 『 1 1 徐忠义， 杜前进． 采矿知识问答 ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 9 7， l _ 4 5 4 金川有色金属公司， 北京有色冶金设计研究 院． 地下采矿方法嗍 ． 鞍山 中国矿业 出版社 ， 1 9 9 4． 1 48 2 ． 1 韩现民， 李晓， 杜国栋． 模糊评判在露天转地下 矿山的矿房结构参数优化中的应用田， 工程地 质学报， 2 0 0 6 ， 1 4 0 5 1 _ 7 ． 『4 ] 畅文生， 黄晓乃． 模糊数学在采矿方法优化选 择中的应用叨， 长沙大学学报， 2 0 0 2 ， 1 6 4 ．