利用模糊数学法对采矿方法进行综合评判和选择.pdf

1 4 矿 业 工 程 M in ing Eng in e e r ing 第 1 O卷第 3期 2 0 1 2年 6月 矿 物 开 采 利用模糊数学法对采矿 方法 进行综合评判和选择 葛文杰 ( 长沙有 色冶 金设计 研究 院 ，湖南 长沙 4 1 0 0 1 1 ) 摘 要 ：阐述 了利用模糊数学法对某铁矿 山采矿方法进行综 合评判与选择 。综 合考虑 了影 响采矿方法 的 定量 与定性指标 ，如生产能力 、损失率 、贫化率 、采 充成 本及安全程 度等。通过构建 指标 隶属度 矩阵 和权 重矩 阵 ，建立模糊综合评判模型 ，并计算得到各采矿方法的综 合优 越度 ，从 而达 到优选 的 目的。 关键词 ：模糊综合评判 ；隶属度 ；采矿方法 ；连续 回采 中图分 类号 ：T D 8 5 3 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0( 2 0 1 2 )0 3 0 0 1 4 一O 3 0 引言 采矿方法 的选择是一项综合性很强 的系统工 程 ，与众多 影响 因素有 关 ，在选择 过程 中 ，通 常需 要 对各 项 因子进行 反 复 比较 论证 ，才能 使得结 果趋 于最优 。然 而 ， 目前对 于采 矿工程 的复 杂性 、不确 定性 ，以往采矿方案的选择主要依赖于经验 ，这样 得 到 的采矿 方法往 往 只是一 个可行 解 ，而不是 所有 可 行解 中的最优解 。 由于选 取采 矿方 案 的众 多影 响 因素都具 有一定 的模糊 性 ，因而 可针 对采矿 方案 选择 中 的多 种影 响 因素建立模糊综合评判模型l _ 】 ，并引入模糊子集 对权数进行模糊化处理，从而降低专家对各因素进 行评判时的主观性影响，最后计算得到各方案综合 优越 度 ( 隶 属度 ) ，通过 比较得 到最优 的采 矿方 法 。 l矿 山开采技术条件 某铁 矿 山 地 处 淮 北 沉 积 平 原 ，海 拔 约 3 O m。 地表均为 良田，地表 以下为厚达 7 9 1 1 8 in 的第 四 系沉 积层 。第 四系上 部 和下部 含水层( 组 )含 水砂 层较厚且稳定 ，富水性中等一强。矿区地下水以静 储 量为 主 ，动流量 不充 沛 ，为 水文 地质 条件 中等 的 岩溶裂隙充水矿床类型 。区内没有湖泊 ，仅有几条 季 节性河 流 ，由北 西 向南 东贯 穿全 区 。 矿体主要呈透镜状 ，次为似层状 、扁豆状等 。 收稿 日期 ：2 0 1 卜一1 1 1 6 作 者简介 ：葛文杰( 1 9 7 9 一) ，男 ，陕西垣 曲人 ，长沙 有色冶金设 计研究院采矿工程师，从事矿 山开采设计与采矿方法研究 。 为缓倾 斜及倾 斜 矿体 ，倾 角 变化较 大 ，西部 矿体倾 角一般为 5 。 2 5 。 ，东部矿体倾 角为 2 5 。 4 5 。 ，一 般为 3 0 。 3 5 。 。矿体厚 度为 中厚 一厚 大矿 体 。矿 体 较稳固，矿体顶底板受矽卡岩影响 ，稳 固性较差 ， 矽卡岩暴露后遇水易崩 、碎化、膨胀 ，在无淋水的 条件下 ，矽 卡 岩 吸 收空 气 中 的水 分 ，也 不 断 崩解 、 膨胀 、完全 失去 强度 ，岩体 稳 固性 极 差 。 2 采矿方法初选 据矿 山 的开 采技术 条件 ，考 虑 到矿 区第 四系含 水层 覆盖 面广 、含水 量大 、不能 贯通 ，而且 矿 石 的 经济 价值 较高 ，不能 采用 崩落采 矿法 开采 ，只能采 用充 填采 矿法 或空场 回采 嗣后 充填采 矿法 。根 据上 述分析 ，结合铁矿的开采技术条件 ，提出了充填法 开采 技术 方案 ：1 )两 步 骤 深孔 回采 嗣 后 充 填采 矿 法 ；2 )两步骤 分 段 中 深 孔 回采 嗣 后 充 填 采 矿 法 ； 3 ) 中深 孔连续 回采 嗣后 充填 采矿法 ；4 )分 条 中深 孔( 或 浅孔 )连续 回采充 填采 矿法 l3 。 在采 矿方 法方 案选择 时 ，要考 虑 的影响 因素很 多 ，为 简化优 化模 型 ，按照 安全 、经 济 、高 效 和资 源利用 率高 的基本 原则 ，以采矿方 法 方案 的生产 能 力、采矿工效、矿石损失率 、贫化率 、采切 比、采 充成本 、安 全程度 、工艺简 单程 度 、对矿体 适 应程 度及矿 山对 方案熟 悉程 度 十项指 标作 为方 案 比较 因 素。采用模糊综合评判优选采矿方法过程见图 1 。 3 采矿方法模糊综合评 判 3 1 模糊 矩 阵的形成 2 0 1 2年第 3期 葛文杰利 用模糊数 学法对 采矿 方法进行 综合 评判和选择 1 5 图 1 模糊综合评判优选采矿方法过程图 3 1 1 定量 指标 隶属度 的计 算 参与比较的定量指标包括 ：生产能力 、采矿工 效 、矿石损失率、贫化率 、采切比、采充成本 。根 据 所提 出 的采 矿方 法方案 特点 ，以及矿 山对采 矿方 法方案的技术经济指标的要求 ，并参考国内外同类 矿 山的实际指标 ，推算出各采矿方法方案的技 术 经济指 标见 表 1 。 表 1 采矿方法方案主要技术经济指标 定量指标相对隶属度按下式计算 ： 对于正指标( 越大越优) ，即： ( 1 f f 一 J f i p - fu 厂 厂 【0 对于 负指标( 越小 越好 ) ，即 ： f 0 f ,p 糟 1 f j f 式 中 “ j 方 案 i 指 标 的 隶 属 度 标的上限值 ； i指标 的下限值 。 3 1 2定性指 标 隶属度 计 算 参与 比较的定性指标为 ：安全程度 、工艺简单 程度 、对矿体适应程度及矿山对方案熟悉程度。 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 ，见 表 2 。于是得到判断矩阵 B一 ( b )min 。其中 ： b f ( ) f ( u j ) ，且 满足 b 一1 ，b “ 一 1 b ( i，j =1 、2 、 、m) 当 b ， 1 时 ，令 b 一1 此 时 ，判断 矩 阵 B= ( 6 ) 即 为 二 元 对 比排 序法的相对矩阵，对矩阵每行取小 ，即得出该指标 的隶属 度 。 表 2指标重要程度分级赋值 对 于所提 出的 各方 案 ：a )两 步 骤 深 孔 回采 嗣 后充填采矿法( 方案 1 ) ；b )两步骤分段中深孑 L 回 采 嗣后充 填采 矿法 ( 方 案 2 ) ；c) 中深孔 连 续 回采 嗣后充填采矿法 ( 方案 3 ) ；d )分条 中深孔 ( 或浅 孔 )连续 回采 充填 采矿 法 ( 方 案 4 ) 。 各定性指标的相对隶属计算见表 3 。 表 3指标的相对隶属计算 指标 A B c 。 Mi n 安全程度 工艺简单 厶 i指 程度 根 据上述 方法 得到定 量指 标的 隶属度 矩 阵为 ： Rl一6 = 1 0 9 2 O 67 0 1 0 3 0 3 0 I 1 1 0 0 I 1 0 0 5 0 5 1 l 1 o 4 3 0 3 4 o I 1 0 5 0 5 0 1 对矿体 适应程度 矿 山对 该 方案熟悉 程 度 。 ， A B C D A B C D A B C D A B C D 矿 业 工 程 第1 O 卷 第3 期 由此得 到各 种采矿 方法 方案定 性指 标 的隶属度 如下 ： R7 一l 0 1 0 5 1 1 1 O 3 3 0 3 3 O 33 0 5 1 O 5 0 5 l 0 5 O 5 0 33 所 以得 到模 糊矩 阵如下 ： R= = 1 0 9 2 O 6 7 0 1 0 3 O 3 0 1 1 O O O O 5 O 5 1 1 O 4 3 0 43 O 1 O 5 0 5 0 1 0 5 1 1 1 0 3 3 0 33 0 3 3 O 5 1 0 5 0 5 1 0 5 0 5 O 3 3 3 2权 矩阵 的形成 对上 述 1 0种 因 素对 采 矿 方法 影 响 的 权 重 ，按 五 级评分 规则 打分 ，由此 构造判 断矩 阵 B ： 6 5 7 O 8 O 8 5 4 5 6 O 7 0 6 5 7 0 8 5 5 O 6 7 7 5 8 O 6 O 8 O 7 5 7 O 6 5 7 O 0 4 5 O 7 3 O 8 0 7 5 O 9 0 8 O 8 O 5 5 0 4 2 O 8 5 6 5 7 9 5 7 8 6 4 7 0 5 8 0 7 5 0 8 5 O 6 5 O 7 O 6 5 O 7 O 8 5 0 5 5 0 6 3 8 O 6 O 7 5 8 O 6 O 7 O 9 0 4 O 5 0 6 O O 6 0 5 O 8 5 0 7 0 4 5 O 7 0 6 O 5 O 3 0 6 5 6 8 6 8 5 7 8 4 3 5 8 0 7 O 8 0 7 5 6 0 7 O 8 O 7 O 6 O 7 0 4 7 7 6 5 7 8 5 4 8 计算 各 因 素权 重 值 a ，经 归 一 化 处 理 得 权 矩 阵 ： r 磊一 a 、 一 ) l J a一 ( a1 、 a 2， ， dl 0) 一(7 36， 8 2 8， 9 5 2， 9 5 0， 7 1 4， 8 8 5， 9 58， 7 1 7， 5 8 3。 8 71 ) 归一 化 处 理 后 ，a 一 0 1 l 6， 0 0 87， 0 1 0 8， 0 1 0 6) 。 ( 0 0 9 0， 0 1 01， 0 1 1 6， 0 1 1 7， 0 0 87， 0 0 71， 3 3模糊 综合 评判 C aR 根据上式计算结果 ，c 值越大的方案，相对选 择率越高。上述过程计算结果为 ： C一( 0 8 47 5， 0 5 89 7， 0 4 6 6 4， 0 3 3 2 2) 最 适合该 铁 矿 山采 矿 方法 依 次 是 ：1 )两 步 骤 深孔 回采嗣后 充 填 采矿 法 ；2 )两 步骤 分 段 中深 孔 回采 嗣后充填 采 矿 法 ；3 ) 中深 孔连 续 回采 嗣 后 充 填 采矿 法 ；4 )分 条 中深 孑 L ( 或 浅 孔 )连 续 回 采 充 填采矿 法 。 经过模糊 数学 综合评 判推荐 适合某铁矿厚 大 ( 3 0 4 0 m)矿体采矿方法为 “ 两 步骤深孔 回采嗣 后充 填 采 矿法 ” ， 中厚 矿 体 ( 1 5 3 0 m)采 矿 方 法 为 “ 中深孔 连续 回采 嗣后 充 填 采矿 法 ” ，1 5 m 以 下 矿体 采用 “ 分条 中深孔( 或 浅孔 )连续 回采 充填 采 矿法 ” 。 4 结语 根据某 铁矿 山矿 岩开采 技术 条件设 计 了两步 骤 深孔 回采 嗣后充 填采矿 法 、两步 骤分段 中深 孔 回采 嗣后 充填 采 矿 法 、中 深 孔 连 续 回采 嗣 后 充填 采 矿 法 、分条 中深孔( 或浅 孔 )连续 回采 充填 采 矿 法 4 种方案。采用模糊数学方法对采矿方法进行综合 比 较 ，得 出适 应不 同条件 下 的采矿 方法 ；即厚大矿 体 推荐 采用 两步骤 深孔 回采 嗣后充 填采 矿法 ，中厚 矿 体采 用 中深孔 连续 回采嗣后 充填 采矿 法或 分条 中深 孑 L ( 或浅 孔 )连续 回采充填 采矿 法 。实际 表 明 ，基 于模 糊数 学综 合评判 法是 矿 山采 矿方 法选 择提供 客 观 、可行 和有 效 的手 段 ，为矿 山安全 回采 矿体 提供 了技 术 支持 。 参 考 文 献 ： 1 方述成 ，汪定伟 模糊数学与模糊优化 M北京 ：科学 出 版 社 ，1 9 9 7 2 郭亚军 综 合评价 理论 与方法 M北京 ：科 学 出版 社 ， 2 0 0 2 3 解世俊 金属矿床地下开采 M北京 ：冶金工业 出版社 ， 1 9 7 9 4 3 张春雷 ，徐水太 多 目标 决策一模糊综合评 判优选采 矿方 案 I- j 化工矿物与加工 ，2 0 0 5( 5 ) ： 2 o 2 3 E 5 3 王新民 ，赵彬 ，张钦礼 基于层次 分析和模糊 数学 的采矿方 法选择 J 中南 大学学报 ( 自然科 学版 ) ，2 0 0 8 ( 5 ) ： R75 RR0 第 l0卷第 3期 2 0 1 2年 6月 矿 业 工 程 M in ing En g ine e r ing l 7 无底柱分段崩落采矿法矿石的损失与贫化 杨 闯 惠光进 ( 河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司，河北 滦县 0 6 3 7 0 0 ) 摘 要 ：根据无底柱分段崩落法 的特点 ，从采场 的结 构参数 、采准切 割巷道 的布置、覆盖岩层 、施 工质 量 、地质条件 、放矿管理等方面分析 了矿石损失贫化 的原 因 ，提出 了提 高采矿管理水 平 ，降低损失 贫化 的 对策 ，可为类似矿 山提供参考 。 关键词 ：无底柱分段崩落法 ；矿石损失贫化 ；出矿管理 ；影响因素 中图分类号 ：TD 8 5 3 3 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0 ( 2 0 1 2 )0 3 0 0 1 7 0 3 0 引言 矿石 的损失 与贫化是矿 山生产管理 中的两项主要指 标 ， 也是衡量采矿方法优劣 的两 项重要 指标 ，贫化 指标表示 废 石混入和矿石品位降低 的程度 ，废石 混入得 多 ，增加 了各 生产环节的废石处理量 ，既 浪费 了人 力物力 ，又增加 了成 本 ，如作为成品矿出售 ，则将 压低销 售价格 ，减少矿 山经 济收益 ；石损失指标表示交付 矿山生产 的工业 矿量 的采 出 程度 ，它既可用回收率也 可用 损失 率来表示 ，矿石损 失率 高 ，不仅会造成矿山生产的采掘失调 和打乱正 常生 产秩序 ， 而且将使采矿成本增 加，矿 山寿命也 随之变短 。因此 ，在 进行矿山设计时要根据矿 山具体条 件合理确 定矿石 损失贫 化指标 ，同时在生产过程 中严 格执 行各项 制度 ，特 别是放 矿管理制度 ，从各生产环节设法 降低 矿石 的损失 与贫化 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 1 2 4 作者简介 ：杨闯 ( 1 9 8 6 一) ，男 ( 汉族 ) ，辽宁盘锦人 ，河北钢铁 集团滦县司家营铁矿有限公司采矿工程师 ，主要从事矿山生产技术 管理工作。 -_- _ 1 设计损失 1 1 采矿方 法选择不 当 当矿体赋存条件 、矿岩力 学性质 与无底 柱分 段崩 落法 的要求不相符时 ，矿石损 失率将 增高 ，如在 倾角 较缓 的矿 体 中采用无底柱分段崩 落法垂 直走 向布置 回采进路 时 ，其 结果是上分段靠近底盘 三角带 的矿石 ，因受 底盘 岩石 的贫 化影响 ，不能在下分段进 路 中采 出 ，靠近顶 盘三 角带 的矿 石 因崩落矿层高度 减低 ，另外 ，在 掘进切 割巷道 形成 切割 槽过程 中，都 将使 矿石 损 失与 贫化 增加 。沿走 向布 置 时， 这两部分 的损失贫化 指标也 比正常条件 时差 ，国 内一 些矿 山在这方面 的教训不少 。 1 2采准切割巷道的布置不合理 采准切割巷道应根 据矿体赋 存条件 合理 布置 ，否 则将 使矿石损失率增高 ，此 外 ，若 回采 进路没 有严格 按菱 形布 置也会增大矿石 的损 失贫化 ，当回采进路 通过巷 道交 叉 口 时，落矿 时因崩落矿石 涌入两侧 巷道将 炮孔 埋住 ，不 能正 常崩矿 ，必须增大崩 矿步距 ，这也 是增 大矿石损 失贫 化 的 原 因 。 一-_ + - o - _- o- 一-一 _ M in in g m e t ho d co m p r e h e n s iv e e v a lu a t io n a n d s e le ct io n b y m e a n s o f Fu z z y M a t h e m a t ics M e t ho d GE We n - j ie ( C h a n g s h a No n f e r r o u s Me t a ll u r g i ca l De s i g n& Re s e a r ch I n s t i t u t e Ab s t r a ct ： Fu z z y M a t he ma t ics M e t h od is u s e d t o co nd uct compr e he ns iv e e va lua t ion a n d s e le ct io n o f mining me t h od The q u a l it a t i v e a n d q