基于模糊数学的采矿方法优化研究

1、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11.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(201006-0042-04

2、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.liudabing2181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-555m 中段F 3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

3、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-555m 中段F 3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

4、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

5、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15月的生产情况来看,100m 长的采场平均生产能力不到110t/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,

6、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。2010年12月 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

7、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 =x 1,x 2,x 3,x m (1x i 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 =A 1,A 2,A 3,A n (

8、2A j 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u w (A j ,G =1+1-1i =1i r ij2-1(3称为方案A j 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 =y 11y 12y 1n y 21y 22y 2n y m1y m2y mn=(y ij (4i =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:r ij =y ijmax y ij(5进行规格化;对越小越优指标,采用公式:r ij =min y ij y ij (6进行规格化,得到目标相对

9、优属度矩阵:R =r 11r 12r 1n r 21r 22r 2n r m1r m2r mn=(r ij (7i =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 =P 1,P 2,P m (8P i 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

10、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:y 1-6=27048016546.8245.6184.676.4585.375.445816.4755 4.7350.1638.5120.71运用公式(3、(4规格化上面矩阵得: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/%

11、518216.473矿石贫化率/%5252 4.731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1y1-6=0.56310.344 0.1910.752 0.9870.8841 10.6250.304 0.9460.9461 0.4130.538!"""""""""""""""""""#$%&1确定

12、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=0.50.51 0.50.51 000.!""""""""#$%&5由表1得安全性相对优属度向量:R7=1,1,0.143根据各方案对矿体适应程度,得特征向量矩阵:e2=0.501 10.51 000.!""""""""#$%&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

13、向量矩阵:e3=0.510.5 00.50 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=0.56310.3440.1910.7520.9870.884110.6250.3040.9460.94610.4130.4131110.4130.21210.41310.739!""""""""""""&q

14、uot;""""""""""""""""""#$%&1运用相对二元比较法可得9个指标的权重矩阵:E=0.50.500000000.50.50000000110.50000111110.50.500111110.50.50011111110.50.511111110.50.51111000000.50110000010.!"""""""&qu

15、ot;"""""""""""""""""""""""#$%&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

16、.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。2010年12月 Research of Mining Method Optimization Based on the Fuzzy Mathematics Method LIU Dabing 1,ZHOU Shilin 2,QI Zhaojun 1,HE Shunbin 11.Sanshandao Gold Mine,Shandong Gold Mining (Laizhou Co.,Ltd.,Laizhou 261417,Shandong,C

17、hina ;2.College of Resources and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,Hunan,ChinaAbstract: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

18、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 w

19、ords:Optimization of mining method ;Fuzzing mathematics ;Sanshandao gold mine4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