基于模糊数学的采矿方法优化研究.pdf

技术前沿 基于模糊数学的采矿方法优化研究 刘大兵1 周士霖2 齐兆军1 何顺斌1 1 山东黄金矿业 莱州 有限公司三山岛金矿 山东 莱州261417 2 中南大学资源与安全工程学院 湖南 长沙410083 摘要 根据三山岛金矿开采的实际情况 点柱式机械化分层充填采矿法由于损失矿石量过大 造成资源的浪费 为了提高矿 石的回采率 三山岛金矿对采矿方法进行优化选择 在采矿方法的选择过程中受很多不确定性因素的影响 利用模糊数学理论 对不确定性进行量化 使采矿方法的优化选择更科学 准确 关键词 采矿方法优化 模糊数学 三山岛金矿 中图分类号 TD853文献标识码 B文章编号 1005 2518 2010 06 0042 04 收稿日期 2010 09 20 修订日期 2010 09 30 作者简介 刘大兵 1986 男 山东高密人 助理工程师 从事采矿技术工作 liudabing218 1概述 三山岛金矿位于莱州市特别工业区 属于滨海 开采 目前 三山岛金矿主要采用点柱式机械化上向 分层充填法进行矿体回采 由北京有色设计总院设 计 该方法从 1984 年建设矿山沿用至今 20 多年的 不断总结积累完善 以其快速高效为大型机械化生 产提供了保障 也为三山岛金矿的生产发展发挥了 巨大的作用 随着回采深度的延伸 矿体的破碎程度增大 地 应力将越来越大 目前 三山岛金矿在 555 m 中段 F3北翼和深部斜坡道施工过程中地应力已经显现 并已急剧增大 巷道顶板所受的压力增大 使顶板及 两帮的岩体呈层状片落 甚至出现岩爆现象 造成 555 m 中段 F3北翼采场的切割巷已无法施工 更不 用说将来矿石的回采问题了 原回采方案已经不能 经济 有效地回收这部分矿石 这将严重影响回采工 作的正常进行 影响矿山的生产和长远发展 特别是 将来随回采深度的延伸 此现象将越来越突出 2采矿面临的问题 要想保证采场的安全生产 必须尽可能的缩短 采场的暴露面积和暴露时间 在岩体未发生应变的 情况下将矿石采出 以确保回采的安全 尤其是在顶 板破碎的情况下 就目前的生产情况来看 点柱式上 向分层充填采矿法存在安全性差 损失大及生产能 力低等问题 2 1 安全性较差 由于采场的长度较大 存在以下不利因素 一是 采场的跨度较大 控顶面积较大 采场顶板冒落的可 能性增大 这是一种替在的危险源 危险程度非常 大 二是在回采过程中 由于一条采联负责回采的矿 量较多 施工时间过长 采场顶板暴露时间过长 造 成危险程度增大 而且随着回采深度的加大 三山岛直属采矿车 间矿体破碎程度增大 地应力也越来越大 安全性越 来越差 2 2 采场损失较大 由于该采矿方法本身的特点 采场内要留大量 的点柱以支撑采场顶板 采场内点柱损失较大 其损 失率 7 12 特别是当矿体靠近上盘破碎的主裂面 时 为确保安全 要留大量的上盘护顶矿 此项损失 较大 损失率 6 因此 现用的点柱式机械化上向 分层充填法的损失较大 不考虑顶底柱和间柱 其点 柱损失与上盘护顶矿柱的损失 13 1 以 512 及 513 采场为例 这 2 个采场 设计的损失 率为 10 02 实际损失为 20 4 因此 点柱法的损失较 大 造成矿产资源的严重浪费 2 3 采场生产能力较低 资源利用率低 采场生产能力发挥不出来 根据 2007 年 2008 年及 2009 年 1 5 月的生产情况来看 100 m 长的采场平均生产能力不到 110 t d 由于点 柱法本身存的特点 特别是在矿体破碎 顶板稳固性 差的条件下 采用点柱法进行回采的问题越来越突 出 严重威胁着井下的安全生产 对以上问题进行改 善 就必须改变采矿方法 根据矿体的赋存条件研究 出更合理的采矿方法 以维持矿山的正常生产 促进 矿山的安全快速发展 实现三山岛金矿本质安全的 战略目标 42 2010 年 12 月 第 18 卷 第 6 期 为了保证采场的安全生产 就必须尽可能的缩 短采场顶板的暴露面积和暴露时间 在采场顶板岩 体未发生踏落的情况下将矿石已经采出 并转入下 一分层的回采 以确保回采的安全 根据三山岛金 矿目前的实际情况和矿体赋存条件 同时 又必须 考虑生产能力和生产成本问题 拟采用盘区机械化 上向水平分层充填法和盘区机械化上向水平分层 进路充填法解决以上问题 将对 3 种采矿方法进行 优化选择 3采矿方法的优化选择 采矿方案选择受多种因素的影响 而这些因素 又带有极大的模糊性 随机性和未知性 传统的采矿 方案选择带有极大的经验成分 容易受到经验的左 右而不能正确反映实际情况 模糊数学优选法将采 矿过程中的各种模糊或主观因素转化为数学形式 将各方案的评价指标量化分析 使方案的评价和选 择更加科学 合理且可靠 3 1 模糊数学理论 模糊数学理论是用 模糊集合 作为表现模糊事 物的数学模型 并在 模糊集合 上逐步建立运算 变 换规律 开展有关的理论研究 就有可能构造出研究 现实世界中的大量模糊的数学基础 能够对相当复杂 的模糊系统进行定量的描述和处理的数学方法 3 2 优化模型的建立 设 x 为全体 m 个设计指标组成的论域 x x1 x2 x3 xm 1 xi为集合中的指标 i 1 2 3 m A 为全体设计方案组成的方案集 A A1 A2 A3 An 2 Aj为集合中的方案且为 x 上的模糊子集 j 1 2 n G 为 x 上的模糊最优子集 则 uw Aj G 1 1 1 m i 1 irij 2 1 3 称为方案 Aj相对最优方案 G 取海明距离时的 方案优属度 对 n 个方案的 m 个指标组成的目标特征值 矩阵 Y y11y12 y1n y21y22 y2n ym1ym2 ymn yij 4 i 1 2 m j 1 2 n 目标相对优属度公式如下 对越大越优指标 采 用公式 rij yij max yij 5 进行规格化 对越小越优指标 采用公式 rij min yij yij 6 进行规格化 得到目标相对优属度矩阵 R r11r12 r1n r21r22 r2n rm1rm2 rmn rij 7 i 1 2 m j 1 2 n 定量指标的隶属度由隶属函数法确定 非定量 指标采用相对二元比较法确定 设系统有待进行重 要性比较的目标集 P P1 P2 Pm 8 Pi为第 i 个目标 i 1 2 m m 为目标总数 研究目标集 P 中的目标就 重要性 进行二元对 比的定性排序 3 3 采矿方法的最优方案 采矿方法隶属度矩阵按采矿方法选择原则 选 择 6 个定量指标 3 个定性指标进行优选 选择的定量指标为各方案的盘区生产能力 采 矿工效 采切比 损失率 贫化率及采矿成本 6 个 非 定量指标为开采安全性 矿体适应程度和施工难易 3 个 如表 1 所示 由表 1 得定量指标的特征向量矩阵为 y1 6 270480165 46 8245 6 184 6 76 45 85 3 75 44 5816 47 554 73 50 16 38 51 20 7 1 运用公式 3 4 规格化上面矩阵得 43 技术前沿 表 1各采矿方案的主要技术经济指标及其他评判指标比较 项目 方案一方案二方案三 指标数相对排序指标数相对排序指标数相对排序 采场生产能力 t d 1270248011653 采矿工效 t 工班 146 83245 61184 62 采准切割比 m3 kt 176 45285 3375 441 矿石损失率 518216 473 矿石贫化率 52524 731 采矿直接成本 元 t 150 16338 51220 711 开采安全性高1高1低2 对矿体适应程度好2很好1差3 施工难易较易1较难2较易1 y1 6 0 56310 344 0 1910 752 0 987 0 8841 10 625 0 304 0 9460 9461 0 4130 538 1 确定非定量指标的隶属度 对各采矿方案开采 安全性进行分析 根据现场和方案特点 得特征向量 矩阵 e1 0 5 0 5 1 0 5 0 5 1 000 5 由表 1 得安全性相对优属度向量 R7 1 1 0 143 根据各方案对矿体适应程度 得特征向量矩阵 e2 0 5 01 10 5 1 000 5 由表 1 得矿体适应性的相对优属度向量 R8 0 212 1 0 143 根据各方案施工的难易程度 得特征向量矩阵 e3 0 5 10 5 00 5 0 0 510 5 由表 1 得各方案施工难易的相对优属度向量 R9 1 0 739 1 综合以上可得到综合隶属度矩阵 R 0 56310 344 0 1910 752 0 987 0 8841 10 6250 304 0 946 0 9461 0 413 0 4131 110 413 0 21210 413 10 739 1 运用相对二元比较法可得 9 个指标的权重矩阵 E 0 50 50000000 0 50 50000000 110 5 0 00011 111 0 5 0 5 0011 111 0 5 0 5 0011 11111 0 5 0 5 1 1 11111 0 5 0 5 1 1 1100000 0 5 0 1100000 1 0 5 权重向量 1 0 176 0 176 0 429 0 538 0 538 1 1 0 21 0 29 对其归一化得权重 0 0404 0 0404 0 0984 0 1234 0 1234 0 2294 0 2294 0 0486 0 0665 根据以上可得方案隶属度向量 R 0 7654 0 7836 0 6378 即各方案优先顺序为 盘区机械化上向分层充 填采矿法 方案二 盘区机械化上向分层采矿法 方 案一 点柱式上向分层充填采矿法 方案三 44 2010 年 12 月 第 18 卷 第 6 期 Research of Mining Method Optimization Based on the Fuzzy Mathematics Method LIU Dabing1 ZHOU Shilin2 QI Zhaojun1 HE Shunbin1 1 Sanshandao Gold Mine Shandong Gold Mining Laizhou Co Ltd Laizhou261417 Shandong China 2 College of Resources and Safety Engineering Central South University Changsha410083 Hunan China Abstract According to the situation of the mining of Sanshandao gold mine point prop mechanical slice stoping and backfilling mining method loss excessive amount of resources the mining method of Sanshandao gold mine is optimized to improve the recovery rate of the deposit In the process of mining methods selection there are many un certain factors using the theory of fuzzy mathematics to quanty uncertainties the optimization of the mining method is more scientific and accurate choice Key words Optimization of mining method Fuzzing mathematics Sanshandao gold mine 4结论 1 从以上分析可以看出 盘区机械化上向分层 充填采矿法 方案二 生产能力比较高 贫化损失率 相对较低 且对矿体的适应程度好 在综合分析中具 有较大的优势 其次是盘区机械化上向分层采矿法 方案一 安全性高 对矿体的适应程度较好 在此区 段采用盘区机械化上向分层充填法 简称盘区法 合适区段采用盘区机械化上向分层进路充填法 简 称进路法 对矿体进行回采 2 采用模糊数学理论对采矿中的不确定因素 进行定量分析 在采矿方法选择时更科学 准确 通 过模糊数学优选采矿方法 确定盘区开采较另外 2 种采矿方法有较大的优势 实际证明盘区开采生产 能力大 安全性高 符合优选结果 参考文献 1 中南大学 三山岛金矿 新立矿区高效采矿方法选择论证 R 莱州 三山岛金矿 2008 2 修国林 何顺斌 于常先 三山岛海底采矿关键技术及最 优开采方案研究 J 黄金科学技术 2010 18 3 17 19 3 王成 胡国宏 刘志祥 等 三山岛金矿海底开采采矿方法 优化选择 J 黄金科学技术 2009 17 1 38 42 4 史太禄 任凤玉 李文增 模糊数学在采矿方法优选中的应 用 J 金属矿山 2007 15 1 35 39 222222222222222222222222222222222222222 南非供电面临危机 贵金属矿业将遭遇冲击 2011 年 1 月 12 日消息 由于持续遭受恶劣天 气的影响 南非国家电力局 Eskom 再次发出供电 将可能出现短缺的警示 该国贵金属采矿业或将 遭受严重影