基于模糊数学的采空区全尾砂直排综合效益评价

基于模糊数学的采空区尾砂直排综合效益评价
摘要：本文运用层次分析法（AHP）建立尾砂直排综合效益评价指标体系，构建不同层次及各指标的判断矩阵，通过对判断矩阵的运算和一致性检验，最终确定各级指标的权重，最后进行综合模糊评价值的计算，并得出结论。

这为矿山企业开展尾砂直排项目进行综合效益评价提供了科学的参考依据。

关键词：层次分析法；指标体系；尾砂直排；综合效益评价
1.概述
随着矿产资源开采量的日益增大，矿业尾砂的排放量也逐年增多。

我国一直以来主要以堆存尾矿库的方式来处理尾砂，并且在今后很长时间内仍将以这种方式为主。

据不完全统计，我国现堆存的尾矿达40亿ｔ以上，且每年以数亿t的速度增加。

大量尾矿的排放和堆存，不但占用了大量的土地，污染环境，而且尾矿库存在极大安全隐患，对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁。

将选厂尾砂浆直排采空区，实现对尾砂的综合利用，是对尾砂进行无害化、减量化、资源化处理，是实现矿山绿色开采的新技术。

近几年，有关尾砂充填方面的研究很多，取得了很多新的研究成果，但尾砂浆直排采空区的工程实例不是很多。

因此，要使尾砂直排采空区技术在矿山企业推广和完善，对采空区尾砂直排实施过程中的综合效益评价是个亟待解决的问题。

2.尾砂直排综合效益指标体系的确定
2.1评价指标选取的原则
要使尾砂直排综合效益评价工作有章可循，评价结果较为客观、全面和准确，并使评价指标体系便于操作，建立采空区尾砂直排项目综合效益评价体系时应遵循如下原则：
（1）科学性原则
指标体系的科学性是指指标体系的设置应符合客观认识对象本身的性质、特点、关系和运动过程，是确保评价结果准确合理的基础。

一项评价活动是否科学，很大程度上依赖其指标、标准、程序等方面是否科学。

因此，设计尾砂直排综合效益评价指标体系时要考虑到其构成要素及指标结构整体的合理性。

从不同侧面设计若干反映尾砂直排综合效益的指标，并且指标要有较好的可靠性、独立性、代表性和统计性。

（2）可操作性原则
指标体系的选择要充分考虑定量化指标数据的可获得性和可比性、定性化指标的科学界定，以便于检查考核，提高指标体系在实际工作中应用的可操作性。

（3）层次性原则
尾砂直排涵盖社会、经济和环境三大系统，每个系统又可以用不同的指标反映。

各个系统不同层次指标的综合评价最终形成一个指标反映尾砂直排的效益。

因此，指标体系的设立必须紧紧围绕尾砂直排综合效益评价目的层层展开，使最后的评价结论真实反映评价意图。

（4）客观实用性原则
尾砂直排综合效益评价指标要以统计指标为基础，设置要少而精，以突出重点为目标。

在反映其实际情况时，要克服因人而异的主观因素的影响，选取的指标应尽量可直接量化，从而减少人的主观因素对评价结果的影响。

2.2指标体系的构建
采空区尾砂直排综合效益评价最终是为了预算和比较不同指标对企业综合效益影响程度，使矿山企业投资时有据可循。

因此，为客观、全面、科学地衡量采空区尾砂直排的综合效益，在科学性、可操作性、系统性、层次性和客观实用性等原则的指导下，结合矿山实际情况，建立了包括社会效益、经济效益和环境效益3方面共11个指标的尾砂直排综合效益评价指标体系（图1）。

图1 尾砂直排综合效益评价指标体系
3. 实证分析
福建省尤溪某金矿的矿脉基本按单层状态赋存，现已遗留下近30万m3的采空区群，以及现有尾矿库库容不够，仅够维持一年左右。

在以上实际情况下，开展了采空区尾砂直排项目。

3.1模糊综合评价模型构建
模糊综合评价模型的建立可从以下几个步骤进行：
(1)确定采空区尾砂直排综合效益评价的因素集及评语集。

因素集可设定为
，U
i
为被考虑评价的因素，i=1,2，n。

评语集
，V
j
为评分标准，j=1,2，n。

本文设定五个等级，
，即V=，规定分值向量。

(2)确定因素的指标权重集W。

通过层次结构将各指标进行两两比较，按选取的标度构造判断矩阵，根据给出的判断矩阵，进行层次单排序和一次性检验。

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。

最后对层次总排序进行一致性检验，得出权重集。

(3)进行单因素评判，建立模糊关系矩阵R ij。

首先对因素集U中的单因素U i
做单因素评判，从因素U
i 着眼确定该事物被选择等级V
j
的隶属度r
ij
，得出第i
个因素U
i 的单因素评判集R
i
，并构成总的评判矩阵R
（4）模糊数学运算。

利用合适的运算方法将权重集W与评判矩阵进行合成，
得到各个评价对象的模糊综合评价结果向量B
3.2指标权重的确定
采空区尾砂直排综合效益评价指标体系共包含3个一级指标，11个二级指标，通过征询专家对其相对重要程度的意见，形成了判断矩阵，并通过一致性检验，得到各指标的权重。

判断矩阵以及归一化特征向量值见表1～表5
表1 一级指标比较矩阵A-C
最大特征值
最大特征值
表3 社会效益二级指标判断矩阵
最大特征值
表4 环境效益二级指标判断矩阵
最大特征值
3.3.模糊综合评价值的计算
表5采空区尾砂直排综合效益评价情况
(1)准则层的评价
①经济效益
经济效益的综合评价向量为:
转换为效益分数
②社会效益
经济效益的综合评价向量为:
转换为效益分数
③环境效益
经济效益的综合评价向量为:
转换为效益分数
(2)综合效益评价
采空区尾砂直排综合效益总分数0.658
3.4结论
由上述计算结果可知，采空区尾砂直排的经济效益T
1
=0.704，社会效益
T 2=617环境效益T
3
=0.694，综合效益得分为T=0.658。

根据最大隶属度识别原则，
采空区尾砂直排的经济效益良好，环境效益也不错，但社会效益还需要进一步提高。

总体而言，采空区尾砂直排的综合效益较高。

4.结语
本文运用层次分析理论，在国内外相关研究的基础上，结合矿山实际情况及尾砂直排的特点，经过认真筛选和分析，建立了包括经济效益、社会效益和环境效益三方面共11项评价指标体系，并建立了综合效益评价的数学模型。

最后确定各指标权重，并计算出经济效益、社会效益、环境效益及综合效益，这为矿山企业开展尾砂直排项目进行综合效益评价提供了科学的参考依据。