石人沟铁矿露天转地下后地下合理规模研究

石人沟铁矿露天转地下后地下合理规模研究

石仁沟矿区是中国20世纪70年代建立并开采的大型矿山。a-1；经过多年的生产，露天开采进入了结束阶段。20世纪70年代以来，地质部门对石仁沟铁矿进行了三次详细的勘探，共检测了2.52亿吨地质储量。露天开采为2700万吨，仍有2.25亿吨地质储量。石仁沟矿丰富，充分利用了深层资源。为了充分利用矿浆岩的矿浆岩产量，必须将露天开采开采视为矿山的紧迫任务。该矿山生产规模的合理性直接影响到矿山的投资、长度和经济效益。采用模糊综合评价和等级分析法，确定石仁沟地下生产的范围，充分考虑因素影响矿山产量，并将定性指标转化为定量指标。提高生产规模优化的科学准确性。1规模优化理论分析1.1筛选系统方法层次分析法(analytichierarchyprocess,AHP)是美国著名运筹学家萨迪(A.L.Saaty)教授于20世纪70年代初提出的一种系统分析方法.本质上AHP是一种思维方法:它把问题分解组合成各个因素,又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构;通过两两比较的方式确定层次中诸因素相对重要性,然后综合决策者的判断确立各方案的权重.整个过程体现了人的思维的基本特征——分解、判断、组合.AHP同时又是一种定量与定性相结合,将人的主观判断用数量形式表达和处理的方法,改变了长期以来决策者与决策分析者之间难以沟通的状态,大大提高了决策的有效性、可信性和可行性.运用AHP确定指标权重的基本步骤如下.(1)递阶的层次结构首先将实际问题分解为若干因素,然后按属性把这些因素分成若干组,再划分成递阶的层次结构.递阶的层次结构一般可分为最高层、中间层和最低层.(2)判断矩阵的建立在建立了层次结构之后,对同一层次的各指标进行两两比较,按选取的标度表对每一层次各因素的相对重要性用数值形式给出判断,并写成矩阵形式,构成判断矩阵.矩阵满足:bii=1,bij=1/bji(i,j=1,2,…,m)(1)判断矩阵中的指标值bij可以根据调研数据、统计资料、政府工作报告以及专家意见综合权衡后得出,通常取1,2,…,9及它们的倒数作为标度值.(3)判断矩阵bp的步骤根据给出的判断矩阵,计算对上一层某因素而言,本层次与之有联系因素的重要性次序的数值,即层次单排序.它可以归结为计算判断矩阵Bp的运算,即有:BpW=λmaxW(2)式中,λmax为Bp的最大特征根,W为对应λmax的正规化特征向量.将W=[w1,w2,…,wn]T的分量wi作为对应因素排序的权重.λmax及对应的特征向量W的近似计算,可以采用和积法、方根法和求幂法.(4)确定综合确定的层次的排序权值求出层次单排序后,需要计算同一层次所有因素对于最高层(评价的总目标)相对重要性的排序权值,即层次的总排序.这一过程由最高到最低层次逐层进行.(5)合理性检验为评价经所构造的判断矩阵求出的特征向量(权值)是否合理,需对判断矩阵进行一致性随机检验.为此,引入指标CR作为衡量判断矩阵一致性的标准,并定义:CR=CI/RI(3)式中,CR为随机一致性比率;CI为判断矩阵的一致性指标,由公式CI=(λmax-m)/(m-1)(4)求出;RI为平均随机一致性指标,由表1给出.当CR=0时,判断矩阵具有完全一致性.CR愈大,判断矩阵的一致性就越差.当CR<0.1时,即认为该判断矩阵具有满意的一致性,说明权数分配是合理的;否则,就需调整判断矩阵,直到取得满意的一致性为止.1.2模糊综合评判模糊综合评判是指对受多个因素影响的系统进行决策或评估的过程,对多个评语构成的评价集中,优选出相对精确的评价或决策的一种模糊数学方法.模糊综合评判由以下三个要素构成.(1)因素集U={u1,u2,u3,…,um},即被评判对象的各个因素组成集合.(2)评价集V={v1,v2,v3,…,vn},即所有可能出现的评语构成的集合.(3)单因素判断,即对单个因素ui(i=1,2,…,n)进行评价,得到V上的模糊集Ri={ri1,ri2,…,rim},它是从U到V的一个模糊映射.Ri是因素ui的模糊评语向量,它是对ui的一个评价.rij表示关于ui所具有的评语vi的程度(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m).按模糊数学原理,模糊映射f可以确定一个模糊关系R,从而得到单因素评价矩阵,它由所有对单因素评价的F集组成:R=[r11r12⋯r1mr21r22⋯r2m⋯⋯⋯⋯rn1rn2⋯rnm](5)由于各个因素地位未必相等,所以需要对各因素加权.用U上的模糊子集A={a1,a2,…,aj}来表示各因素的权重分配,ai是对应um因素的权重.模糊子集A和评价矩阵R的合成,就是对各个因素的综合评价.即得到模糊综合评价的数学模型:B=A。R(6)B是评价对象的综合模糊评价,它是V上的模糊子集:B={b1,b2,b3,…,bn}(7)其中,bj反映了第j种评价在总评价集V中所占的地位.2规模优化模型的建立2.1确定评价对象本文主要讨论石人沟铁矿露天转地下开采后的生产规模问题.目前,矿山地质储量、赋存情况和选矿处理能力是制约铁矿生产规模的主要因素.据此首先确定了矿山生产的极限生产能力:Smin=140万t·a-1,Smax=230万t·a-1.在此基础上,初选了评价对象:140,155,170,185,200,215,230万t·a-1,即:X={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)}={140,155,170,185,200,215,230}(8)2.2综合评价指标的选取评价指标的选取是模糊综合评价的关键.基于矿山企业的特殊性,指标选取除了应最大可能满足最佳经济效益外,还应考虑对社会环境的影响.为此,本文充分分析各种因素指标的基础上,选取投资、净现值、经营成本、服务年限和就业人数五个指标作为综合评价指标,即有U={u1,u2,u3,u4,u5}={投资,净现值,经营成本,服务年限,就业人数}.2.3单因素评价表根据影响矿山生产规模的因素分析,把评价等级分为v1~v3三个等级,构成评判矩阵V=(v1,v2,v3).对第n个方案,采用折线型隶属函数法进行单个指标因素的评价,构造隶属函数得出单因素评价模糊向量Rin.评估矿山生产规模的单因素评价如表2.Rin={ri1n,ri2n,ri3n}(9)其中,i表示影响矿山生产规模的评价指标,取i=1~5;n表示评价方案的代号.R1n~R5n组成的矩阵构成了第n个方案的模糊综合评价矩阵:R=[R1nR2nR3nR4nR5n]=[r11nr12nr13nr21nr22nr23nr31nr32nr33nr41nr42nr43nr51nr52nr53n](10)2.4构造判断矩阵采用层次分析法(APH)确定权重,邀请了矿山有关专家对所选因素进行了重要性判断,然后汇总专家的判断和意见,经过分析、比较,形成判断矩阵A′.A′=[11/3532316541/51/611/21/41/31/5211/21/21/4421](11)用乘方根方法求解,并进行一致性检验后得五个因素的权重系数为:A=(0.235,0.481,0.050,0.086,0.148).2.5模糊综合评判单个因素模糊评判矩阵与各个因素的权重集合两者构成模糊综合评价模型:B=A˚R=(a1,a2,a3,a4,a5)˚[r11nr12nr13nr21nr22nr23nr31nr32nr33nr41nr42nr43nr51nr52nr53n](12)B是模糊综合评价结果向量,B={b1,b2,b3}.为了对各方案的评价结果向量进行清晰比较,本文采取了加权平均法对向量B进行单值化处理,公式为:An=m∑j=1bkjj/m∑j=1bkj(13)其中,An为单值化结果;bj为模糊综合评判向量B中的第j个元素;j为b元素的序号;m为向量B中元素的个数,在本文中m=3;k为单值化系数,本文k=2.将评判矩阵V赋值:V=(v1,v2,v3)=(1,2,3),则可建立评判结果和单值化阈值的关系,见表3.3规模优化模型的应用3.1石人沟铜矿生产规模指标根据投资估算、经济学指标计算和采矿设计规范,结合石人沟铁矿的生产实际,对前面提到的不同生产规模方案的因素指标进行了计算,数据汇总见表4.3.2模糊关系矩阵r的建立对各因素采用折线型隶属函数法进行单因素评价,得到七个不同方案的模糊关系矩阵,各元素数据如表5所示.3.3方案评价结果的b把表4数据代入式(12),得到各方案的综合评价结果向量:B1=(0.371,0,0.629);B2=(0.370,0.001,0.629);B3=(0.159,0.578,0.260);B4=(0.080,0.866,0.055);B5=(0.440,0.299,0.259);B6=(0.629,0,0.371);B7=(0.629,0,0.371).代入公式(13)求解出各方案评价结果向量的单值化数值,结果如下:A1=2.484;A2=2.485;A3=2.099;A4=1.995;A5=1.639;A6=1.516;A7=1.516.3.4确定综合评价结果分析单值化结果知:A5~A7接近1,属于v1(好)级别;A1~A4接近2,为靠近v2(中)的评价级别,不做考虑对象.所以优化评价结果依次为:A6,A7,A5,对应的方案分别为215,230,200万t.最后矿山通过对A6,A7,A5三个方案进行排产规划和采掘设备