模糊数学在采矿方法选择中的应用(1).pdf

第 2 3卷第 1 期 2 0 0 3年 2 月 矿 业 研 究 与 开 发 MI NI NG R＆D V0 1 ． 2 3 No ． 1 F e b． 2 0 o 3 文章 编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 3 0 1 0 0 1 5 0 3 模糊数学在采矿方法选择 中的应用 肖木 恩 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 影响采矿方法选择 的因素众多， 传统的经验类比法具有较大的主观随意性。在会 东铅 锌矿的采矿方法试验研 究中， 采用模糊数学方法进行采矿方法的优化选择。试验证明， 用这种 方法选择 出的采矿方法具有较 强的适应性 ， 实现了安全、 高效、 低耗采矿的 目的 ， 取得 了满意的 效 果。 关键词 采矿方法选择 ； 模糊数学； 采矿方案集； 影响 因素； 终选方案 中图分类号 1 1 8 5 3 ． 3 文献标识码 A App l i c a t i o n o f Fuz z y M at he ma t i c s i n t h e Se l e c t i o n o f M i ni ng M e t ho ds Xi a o M u e r l C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ， C h a ngs h a ， Hu n a n 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e r e a r e ma n y f a c t o r s a f f e c t i ng t h e s e l e c t i o n o f mi n i ng me t h o d s ．Th e t r a d i t i o n a l e mp i r i s t i c a n a l o g u e a p p r o a c h i s s u b j e c t t o e x t e n s i v e s u b j e c t i v e d i s c r e t i o n ． D u ri n g t h e e x p e r i me n t a l s t u d y o n mi n i ng me t h od i n Hu i d o ng L e a d Z i n c M i n e ， t h e s e l e c t i o n o f mi n i ng me t h od i s o p t i mi z e d t h r o u g h t h e a p p r o a c h o f f u z z y ma t h e ma t i cs．Th e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t t h e mi n i ng me t h o d s e l e c t e d wi t h t h i s a p p r o a c h i s mo r e fl e x i b l e ，t h u s a c h i e v i ng mi n i ng wi t h e n h a n c ed s a f e t y ， h i g h e f f i c i e n c y a n d l o w c o n s u mp t i o n ．S a t i s f a c t o r y r e s u l t s h a v e b e e n o b t a i n e d． Ke y W o r d s S e l e c t i o n of mi n i ng me t h od ，Fu z z y ma t h e ma t i c s ，C o l l e c t i o n o f mi n i ng s c h e mes， Fa c t o r s ，Ul t i ma t e sch e me 1 概 述 孤石较多， 不稳固。 试验开采 对象是 位 于会东铅 锌矿 9 ～1 7线、 2 0 7 8 ～2 1 3 6 m标高之 间， 紧沿 F 5 断层分布 的富矿 体 ， 出露于该矿的露天西边坡 ， 属于 V 矿段的一部 分。该部分矿体走 向北西西 ， 走 向长 6 0 ～1 0 0 m， 呈 透镜状 ， 厚度 3 ～8 m， 倾角 7 1 。 ～8 9 。 ， 矿石锌 品位 7 ． 4 0 ％～5 9 。 1 9 ％， 周围为品位较低的矿体。矿体为 白云岩和粉砂岩 ， 一般 中等稳 固， 厂 8 ～1 0 ， 节理裂 隙较发育， 局部破碎不稳 固。上盘为 白云岩 ， 中等稳 固， ，8 ～1 0 ， 下盘为 白云岩或粉砂岩 ， 中等稳 固到 不稳固。试验矿段出露露天边坡部分已被露天开采 破坏 ， 形成 了凹凸不平的斜面边坡 ， 节理裂隙发育 ， 2 采矿方法初选 2 ． 1 技术上可行的采矿 方法 根据开采技术条件 ， 并参考 国内外类 似矿 山的 采矿方法， 经综合分析， 提 出了 9种技术上可行 的采 矿方 法 ， 即 阶段 矿 房采 矿 法 A1 ； 分 段采 矿 法 A2 ； 房柱采矿法 A3 ； 浅孔 留矿法 A4 ； 中深孔 留矿法 A5 ； 全面采矿法 A6 ； 下 向分层胶结充填 采矿法 A7 ； 上向分层胶结充填采矿法 A8 ； 上 向 进路胶结充填采矿法 A9 。 综合 国内外矿 山实例， 得到各采矿方法适应 的 开采技术条件和主要技术指标 ， 见表 1 。 收 稿 日期 2 0 0 20 60 5 作者简介 肖木． 9 6 4 -- 。 男 。 重庆市人 。 高级 工程 师， 主要从事采矿方法和爆破技术的研究 维普资讯 1 6 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 3卷 表 l 采矿方法适应的开采技术条件和主要技术指标 方案 矿体厚倾角 矿岩 f系数 生 产能力 贫化率 损失率 代号 m ‘ 顶板 底板 矿体 t ／ d ％ ％ A． 2--8 5 5 ～7 5 8 6--8 6 ～ 8 2 7 0 3 3． 4 2 0 1 A，8 7 0 --8 0 1 0 ～ 1 3 1 0 ～ 1 3 8～1 0 3 0 0 4． 5 1 3 ． 8 A1 0． 7 ～4 4 0 70 4 --6 8 ～ 1 2 8 ～ 1 2 9 0～ 1 2 0 1 5 1 3 At 1 ～6 5 5--8 5 7 8 6 1 2 0 5 ～ 1 0 5 --8 Ac 4 5 5 5 5 4 ～6 2 4 0 1 0～1 5 2 5 ～3 0 A6 2． 8 4 0 ～5 0 6 ～8 6--8 8 -- 1 0 3 04 0 7． 2 9 1 9 ． 2 3 AT 4 ～ 1 2 3 0 ～7 5 4--6 5 --8 4～5 50 6 5 3 ～4 5 A8 4 --6 5 5 ～7 0 6～8 6 ～8 8～1 0 6 0 9 0 4． 1 2 A9 3 ～6 3 0 6 0 5 --8 5 --7 1 01 2 4 0--5 5 4． 5 1 ． 5 B 3 ～8 7 1 --8 9 8 ～1 0 4--1 0 8 --1 0 8 0 ≤5 ≤5 注 试验矿段采矿方案用代号 B表示 。 2 ． 2 采矿方法初选 根据表 1 各项指标 ， 以试验矿段为固定样本 ， 用 海明距离 比较固定样本与其它矿山的相似程度。海 明距离越小 ， 越接近固定样本 ， 相似程度越高。 各方案与固定样本的海明距离用下式计算 d A ， B 善 u q 一 I 1 u 6 rt a x 2 A u q 1 一 。 一 3 式中 d Af ， B 方案与固定样本的海明距离 ； “ 方案 因素的隶属度 ； M 固定样本 J的隶属度； 方案 因素的指标值 ； 因素的指标最大值 ； 因素数量。 其中 ， 2 式适用 于正指标 ， 3 式适用 于负指 标 。 海明距离的计算结果及方案优选顺序见表 2 。 表 2 各方案与固定样本的海明距离及优选顺序 由表 2可见 ， A4 、 A7 、 A8 、 A9 4个采矿方案与试 验矿段的海明距离较小 ， 相似程度高 ， 故作为初选出 的采 矿方 法 。 3 采矿方 法终选 终选采矿方法运用模糊决策 ， 就是在模糊环境 或模糊系统 中对某一事物所采 取的对策和策略 ， 即 运用模糊数学方法把决策领域中的对象在模糊环境 下进行排序。 3 ． 1 用层次分析法确定各因素权重 影响采矿方法选择 的因素很多。层次分析法是 把复杂的问题分解 为各组成因素， 通过两两 比较确 定每一层次 中因素的相对重要程 度， 然后在递阶层 次结构中进行合成得到各因素相对于目 标的重要程 度 ， 即权重。 3 ． 1 ． 1 层次结构模型的建立 根据试验矿段 的具体情况 ， 采 矿方法选择 时考 虑 1 1 个因素。由这 1 1 个因素建立的层次结构模型 如 图 l 所示 。 迁择 晕忧 采矿 方法 l 安全 田豪B I l 日 葺 } B 2 I 资 蹲 利用事 { I I 劳 动生 产率Ⅲl I 合 理程 度13 5 --●～ _ _ 一 、 对 矿 体 适 应 程 景 ’Ll 工 采 千 损 贫 采 磊 工 艺 作 风 矿 吨 化 矿 复 杂 采 失 工 劈 程 度 成 切 效 c 8 c．q 安 是 比 C 5 盂 C 7 全 状 况 ‘ l 1 图 l 影响因素的层次结构 由此可 知， 决 策论域 U { A4 ， A7 ， A8 ， A9 } 。 影响采矿方法的主要 因素集合为 V{ C1 ， C 2 ， C3 ， C 4 ， C 5 ， C 6 ， C7 ， C 8 ， C9 ， C l o ， Cu} 。 3 ． 1 ． 2 各因素的权重计算 请有关专家根据层次结 构图 中的两 两相 关因 素 ， 按 L． T． S a a t y提出的 1 ～9标度方法 ， 对各因素 进行重要性评价 ， 得出 A 层次对B 因素的模糊判断 矩阵为 A B1 B2 B3 B4 B5 B1 1 3 1 ／ 3 7 5 B2 1 ／ 3 1 1 ／ 3 5 5 B3 3 3 1 7 5 Bd l ／ 7 l ／ 5 1 ／ 7 1 3 B5 1 ／ 5 1 ／ 5 1 ／ 5 1 ／ 3 1 维普资讯 第 1期 肖木恩模糊数学在采矿方法选择中的应用 1 7 然后用下式计算 B层各因素对A 层次 的权重 ，的值。 口 4 ． 茎 差篓 中葬好彝彝 归一化后为 恳 0 ． 2 8 5 ， 0 ． 1 7 2 ， 0 ． 4 4 2 ， 0 ． 0 5 8 ， 0 ． 0 4 3 同理可计算 C层各因素对B层 次的权重 C． 0 ． 6 3 3 ， 0 ． 3 0 4 ， 0 ． 0 6 3 0 ． 3 8 1 ， 0． 0 8 7 ， 0 ． 4 3 3 ， 0 ． 0 9 9 C 3 0 ． 8 3 3 ， 0 ． 1 6 7 C 4 0 ． 1 6 7， 0 ． 8 3 3 C s 0 ． 4 4 5 ， 0 ． 0 7 7 ， 0 ． 1 3 3 ， 0 ． 3 4 5 由 Cl 、 C 2 、 C3 、 C 4 、 C5 及对层次结构图的分析， 可构成 B 层次对 C层各因素的单值矩阵 C。由此， C层次各 因素对 目标层 A 的总排序权值为 垦‘ 0 ． 1 8 0 ， 0 ． 0 8 7 ， 0 ． 0 6 6 ， 0． 0 3 4 ， 0 ． 4 4 2 ， 0． 0 9 1， 0． 0 1 0， 0． 0 4 8 ， 0． 0 0 3， 0． 0 2 4， 0 ． 0 1 5 3 ． 2 采矿方法终选 在影响采矿方法选择的主要因素集合 V 中， 定 量指标参考国内外类似矿山选取 ， 定性指标 则 由专 家 按最差 、 很 差 、 差 、 较 差 、 中、 较好 、 好 、 很 好 、 最好 9 级标准进行评判 ， 得到各方案 的主要因素指标见 表 3 表 3 各方 案主 要因素指标 表 方案c - c z 。 C ％ 5 C ％ 6 ／ C 工 7 班舄 c -。 c - - 表 3中各指标 的单位不 同， 为具有可比性 ， 首先 对其进行无量纲化， 将各指标值用[ 0 ， 1 ] 区问中的数 值表示 ， 这个数值称为评价因素的隶属度 V i i o对于 定量指标 ， 隶属度 r 函数作如下规定 为正指标时 r O 0 ． 1 一 I I l i ／ 为负指标时 r 0 ． 1 ～ 一 ． 式 中 r 因素指标 的最大值 ； 1因素指标 的最小值 ； d 因素指标的极差 ； 工 方案 因素的指标值。 对于定性指标 ， 按图 2的标准给出其隶属度 ， ． 图 2 定性指标赋值标准图 将表 3各指标无量纲化后， 得到模糊判 断矩阵 尽 为 尽 r 0 4 1 1 A 0． 6 5 0． 7 5 1 0． 1 0． 1 0． 1 1 1 0． 8 5 0． 7 5 0． 6 5 A s 0． 7 5 0． 8 5 0． 8 6 1 0． 1 0． 1 0． 5 7 0． 5 0． 7 5 0． 7 5 0． 8 5 A 9 0． 7 5 0． 7 5 0． 7 2 1 0． 1 0． 1 0． 2 7 0． 2 2 0． 6 5 0． 6 5 0． 8 5 最后 ， 运用加权平均模型 M ， 对方案进行 复合运算评价 ， 计算结果为 ‘ 尽 0 ． 3 9 3 3 ， 0 ． 3 3 0 1 ， 0 ． 4 1 5 7 ， 0 ． 3 7 8 6 根据最大隶属度原则 可知， 方案 A8为优选方 案， 即上 向分层胶结充填采矿法为最终的优选方案。 4 结 论 1 采矿方法选择是 一项复杂 的工作 ， 影 响因 素众多。采用传统类 比方法计算量大， 且带有较大 的主观随意性。采用模糊数学方法 ， 模拟专家思维 ， 将影响采矿方法选择的主要因素定量化来选择采矿 方法 ， 提高了采矿方法选择的科学性 、 全面性和准确 性 。现场试验表 明， 试验矿段所选择的采 矿方法具 有较强的适应性 ， 实现了安全高效的回采 ， 各项技术 指标先进 ， 露天边坡稳定 ， 达到了试验 目的。 2 对于多 目标决策 中的权重 问题 ， 采用系统 的层次分析法 ， 减少了主观因素的影响 ， 使多 目标决 策既科学准确， 又简单方便。 参考文献 [ 1 ] 汪培庄． 李洪兴 著． 模糊系统理论与模糊计算[ M] ． 北京 科学出 版 社 ． 1 9 9 2 ． ㈣ 维普资讯