基于层次分析和灰色理论的海底采矿方法选择

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219390901_基于层次分析和模糊数学的采矿方法研究

世界有色金属 2023年 3月上40采矿工程M ining engineering基于层次分析和模糊数学的采矿方法研究王正阳（靖远县职业中等专业学校，甘肃　靖远　７３０６９９）摘要：在采矿方法的研究中，要在层次分析以及模糊数学理论基础上，对多种采矿方案实现综合判定。

在方法选取中，要分析矿的动态、静态特征，制定采矿方案。

结合已知的定量或非定量指标，考虑不同客观因素。

保障选择方案指标能够完成矩阵优化，明确各因素权重。

通过向量模糊判断模型，利用模糊数学原理，基于影响因素、综合优越度等，保障选择最终的采矿方案符合预计要求。

关键词：层次分析；模糊数学；采矿方法；研究分析中图分类号：ＴＤ８５３．３４文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０５－００４０－３Research on mining method based on ahp and fuzzy mathematicsWANG Zheng-yang（Ｊｉｎｇｙｕａｎ　Ｃｏｕｎｔｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｊｉｎｇｙｕａｎ　７３０６９９，Ｃｈｉｎａ）Absrtact: Ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，　ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｆｕｚｚｙ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ｔｈｅｏｒｙ．　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅ　ｓｈａｌｌ　ｂｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｐｌａｎ　ｓｈａｌｌ　ｂｅ　ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ．　Ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｋｎｏｗｎ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｏｒ　ｎｏｎ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．　Ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｃａｎ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｈｅ　ｍａｔｒｉｘ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｆｉｎｅ　ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｆａｃｔｏｒ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｖｅｃｔｏｒ　ｆｕｚｚｙ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ，　ｕｓｉｎｇ　ｆｕｚｚｙ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ，　ｅｔｃ．，　ｉｔ　ｉｓ　ｅｎｓｕｒｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Keywords: ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ；　Ｆｕｚｚｙ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ；　Ｍｉｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ收稿日期：２０２３－０１作者简介：王正阳，男，生于１９８７年，汉族，甘肃靖远人，本科，讲师，研究方向：数学。

基于层次分析对某铁矿的采矿方法选择

基于层次分析对某铁矿的采矿方法选择杨世兴;付玉华;侯永强【摘要】There are a large number of goafs and other potential safety hazards because it is difficult to form caving layerat theexisting bottomless sublevel caving layer method in Anhui Longqiao iron mine. Various mining scheme, such as the analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method were adopted to evaluate and optimize comprehensively. In the process of choosing optimal mining program, comprehensive evaluation model was established by converting production capacity, the cost of mining, tons of stripping ratio and labor intensity into judgment matrix. Comprehensive superiority of each mining scheme was calculated by fuzzy mathematics method to obtain the superior degree of alternative mining scheme in Longqiao iron deposit, which is 33.8 %, 21.3 %, 26.7 %, 25.2 %, respectively. As a result, the first mining scheme is the optimal mining program.%针对安徽龙桥铁矿现有的采矿方式无底柱分段崩落法中崩落层难以形成,存在大量采空区等安全隐患问题.提出采用层次分析法和模糊数学方法对多种采矿方案进行综合评判和优选,在选择较优采矿方案的过程中,针对影响采矿方案的指标建立采矿方案综合评判指标体系,将生产能力、采矿成本、千吨采切比和劳动强度等转换成判断矩阵,从而建立模糊综合评判模型,最后采用模糊数学方法计算出每个采矿方案的综合优越度,得出龙桥铁矿的备选采矿方案的各优越度为33.8%,21.3%,26.7%,25.2%,因此第1种采矿方案为较优采矿方案.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2017(008)004【总页数】5页(P86-90)【关键词】采矿方案;模糊数学;层次分析;综合评判【作者】杨世兴;付玉华;侯永强【作者单位】江西理工大学,资源与环境工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学,应用科学学院,江西赣州 341000;江西理工大学,资源与环境工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD861开采方案是地下开采中非常重要的内容，因此开采方案的选择至关重要.传统的采矿方法选择带有极大的经验成分，容易受到经验的影响而不能反应实际情况[1]，导致选取出来的采矿方法有很大的片面性且受到人们主观影响也很大.由于传统方法存在许多的不完善，近年来，许多现代数学理论被提出来，如灰色理论[2]、神经网络等，未确知信息及其数学处理理论由王光远提出，刘开第在此基础上建立了未确知数学理论.这些方法在某种程度上克服了主观决策的缺点[3]，但这些方法对于确定复杂的权重还有一些不足的地方.而模糊数学与层次分析法的结合可以更好地处理这些复杂的信息，使权重值更加合理.通过对影响因素权重值的确定，大大减少了传统方案的影响因素仅凭经验选择的弊端，从而选择出合理的采矿方案，对矿山的收益以及资源的有效利用起到很关键的作用[4].矿山在为生产开采选取开采方案时，必须从各个角度和因素去进行充分而又全面的考虑.基于层次分析法的原理，即可创建采矿方案综合评价体系[5]：设选取的采矿方案A＝{A1,A2,A3，…，An}，影响因素集为X＝{X1,X2,X3，…，Xm}，在选取采矿方案时，可以从以下影响因素去考虑：1）劳动生产率，可以从生产能力等分析；2）经济因素，可以从采矿成本、千吨采切比、损失率、贫化率等方面分析；3）资源利用率，可以从损失率、贫化率分析；4）安全因素，可从安全状况、通风条件、劳动强度等方面分析；5）合理程度，可从劳动强度、工艺复杂程度以及对矿体适应性等方面分析.还包括矿体自身方面的主要因素，例如矿体产状、围岩状况、矿石品位和价值等方面，在此不进行权重值的计算.在确定采矿方案时，上述的影响因素对于选取采矿方案的影响地位并不相等.可逐层进行评判，这种方法称为多级模糊综合评判[6].根据以上分析，结合影响采矿方案的因素以及矿山状况，建立的层次结构模型如图1所示.图1 中的每一个层次所有因素按照1～9的定义方法进行两两比较，得出评价等级，组成判断矩阵，判断矩阵标度如表1所列.邀请10位专家依次对层次结构模型[7]的每一分层的因素指标进行两两对比，得到相对重要性的比例标度如表1所示，并建立如下判断矩阵[8]，见表2至表7所列．所建立的判断矩阵大多会受到人为主观的影响，不可避免的会产生误差，为了使判断得出的结果与实际情况相吻合，因此还需对一致性进行一致性检验[9].其中CI为一致性检验指标，n为判断矩阵的阶数，通过T.L.Saaty定义的不相容度：如果CI≤0.1时，便可知，该矩阵能满足要求，否则便需要重新构建矩阵.因此，为得到CI，第1步便是要得到最大特征根[1].计算每个矩阵的最大特征值，其计算过程是相当复杂的.因此，为了让计算过程简单也可采用变通方法计算，即如果矩阵A满足aij≥1，ajk≥1，aik≥1就认为矩阵的相容性好.可见，上述各矩阵的相容性均满足要求.采用变通算法时，用几何平均法计算每层中各因素的权重值[10-11].则根据上述公式可计算出B层因素对A层次的权重值为：将上述权重值归一化后的结果为：同理可计算X层各因素对B层次的权重值并归一化处理后可得如下结果：X1到X10对应每一列，每一列中对应B1到B5层次的权重值，则B1，B2，B3，B4，B5对 X层中各因素的单值序值矩阵为：得到X1到X10的对目标层A的总排序权重值为：W=F′·B（0.097,0.300,0.091,0.046,0.046，0.232，0.104，0.057，0.012,0.057）采用模糊数学综合评判方法[12]将每一个方案的的指标进行数据无量纲化处理[13]，以使各因素具有可比性，其中各个方案的因素指标见表8所列.具体方法为：对定量指标，使用如下公式：其中：fjmax为 j因素指标的最大值；fjmin为 j因素指标的最小值；d为级差，d ＝（fjmax-fjmin）/（1-0.1）；fij为i方案j因素的指标值根据安徽龙桥铁矿的矿体产状，围岩状况，矿石品位、开采现状等[14]实际情况，并通过对比相似矿山的工程实际提出了符合现阶段开采的4种待选开采方案为：方案1，盘区分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法；方案2，盘区无矿柱分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法；方案3，盘区大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法；方案4，盘区无矿柱大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，各个方案主要因素指标见表8所列.同时运用等级评定法评价定性指标[15]，其评定值可根据表9所列出的赋值标准表决定.根据式中：i＝1，2，…，n j＝ 1，2，3，…，m则将各指标无量纲化[16]后根据上述公式则可以得到4种采矿方案的评价模糊矩阵R为：将上述4种采矿方案的评价模糊矩阵R归一化后可得R′为：通过加权平均模型进行优选评价，便可得到：A＝W·R′＝（0.338,0.213,0.267,0.252）由得出的计算结果可知各方案的综合优越度为：方案1为33.8%、方案2为21.3%、方案3为26.7%及方案4为25.2%.采矿方案的优劣顺序为：方案1＞方案3＞方案4＞方案2,因此选择方案1，即盘区分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法作为龙桥铁矿的采矿方案.该矿山经过生产实践表明，这种综合评判确定的采矿方案是符合实际要求的，有效地降低采矿成本，采场安全，稳定性好，比同类矿山的各项指标更加优秀，取得了良好的效果.通过选择采切比、损失率、贫化率、安全状况、劳动强度等因素，确定的综合评价指标，并运用层次分析法和模糊数学法对待选的采矿方案进行分析，得出采矿方案的综合优越度为（0.338,0.213,0.267,0.252），选出采矿方案1为较优方案，且采用层次分析法和模糊数学法，能够有效地避免人为主观意识，能够较为科学地分配影响因素权重[17]，做出更加符合实际，科学而有效的判断，能够为矿山采矿方法优化选择做出实际的指导意义,为矿山的经营决策管理提供主要的参考依据[18].【相关文献】[1]王新民,赵彬,张钦礼等.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）,2008,39(5):875-880.[2]赵振亚，姬宝霖，宋小园等.基于层次分析和模糊数学法的公乌素土壤质量评价[J].干旱区研究，2014,31(6)：1010-1015.[3]于涛，崔晓华，赵世军.基于层次分析和模糊数学的回采工作面煤壁片帮等级预测[J].煤炭技术，2014,33(9)：188-190.[4]孟慧媚，雷明礼，刘武团.基于层次分析和模糊数学的极坚硬爆破参数优化[J].甘肃冶金，2015,37(4)：1-4.[5]蔡汉玉，张耀平，雷大星.基于层次分析法与模糊数学的残矿回收方法优选研究.[]].矿业研究与开发，2016,36(5):7-9.[6]郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008,18(5):148-153.[7]郝长盛，盛军坤.利用层次分析和模糊数学法优选采矿方案[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2016,35（7）：695-700.[8]王彦军,陈玉明,夏新,等.利用模糊数学综合评判优选采矿方法[J].河南科学,2012,30(9):1339-1343.[9]吴泽宁,张文鸽,管新建.AHP中判断矩阵一致性检验和修正的统计方法[J].系统工程，2002,20(3):67-71.[10]邓雪,李家铭,曾浩健，等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识,2012,42(7):93-100.[11]岑英杰,张敏敏.煤炭企业内部控制多级模糊综合评价研究[J].煤矿机械，2008,29(8):211-213.[12]王元汉,李卧东,李启光,等.岩爆预测的模糊数学综合评判方法[J].岩石力学与工程学报,1998,17(5):15-23.[13]池秀文,田金华.改进层次分析法在采矿方法选择中的应用[J].武汉理工大学学报，2003,25(5):50-52.[14]姚春梅,刘洪亮.模糊数学综合评判法在矿山地质灾害危害程度评价中的应用[J].中国地质灾害与防治学报1998,9（3）:48-53.[15]李凤义，聂文波，陈维新，等.模糊数学在充填开采方法中的应用[J].采矿技术,2014,14(1):21-23.[16]肖木恩.模糊数学在采矿方法选择中的应用[J].矿业研究与开发，2003,23(1):15-17.[17]谭玉叶，宋卫东，雷远坤，等.基于模糊聚类及层次分析法的采矿方法综合评判优选[J].北京科技大学学报，2012,34（5）：493-494.[18]韩峰，盛建龙.模糊数学在采矿方法选择中的应用[J].有色金属（矿山部分），2011，63(5):75-78.。

基于层次分析法的某煤矿水文地质类型评价

基于层次分析法的某煤矿水文地质类型评价目录一、内容概览 (2)1. 研究背景与意义 (2)2. 国内外研究现状 (3)3. 研究内容与方法 (4)二、煤矿水文地质类型划分 (5)1. 水文地质类型划分原则 (6)2. 水文地质类型划分方案 (6)三、层次分析法概述 (8)1. 层次分析法基本原理 (9)2. 层次分析法步骤 (10)四、煤矿水文地质类型评价指标体系构建 (11)1. 指标选取原则 (12)2. 指标体系框架 (13)五、基于层次分析法的评价过程 (14)1. 构建判断矩阵 (15)2. 计算权重向量 (16)3. 进行一致性检验 (17)4. 得出评价结果 (17)六、评价结果分析与讨论 (18)1. 评价结果概述 (19)2. 结果分析 (20)3. 讨论与结论 (20)七、结论与建议 (21)1. 研究成果总结 (22)2. 对煤矿水文地质类型评价的建议 (23)3. 研究不足与展望 (25)一、内容概览本文档主要基于层次分析法对某煤矿水文地质类型进行评价，我们将对该煤矿的水文地质条件进行概述，包括地下水资源、地表水资源和土壤水分状况等方面。

我们将对不同类型的水文地质条件进行划分和归类，以便更好地进行评价。

在此基础上，我们将运用层次分析法构建评价指标体系，并对各指标的权重进行计算。

我们将根据计算出的权重对各类型的水文地质条件进行综合评价，为煤矿的可持续发展提供科学依据。

1. 研究背景与意义随着煤炭资源的不断开采，煤矿的水文地质条件对矿井安全和生产效率的影响日益凸显。

煤矿水文地质类型的正确评价，不仅关乎矿井的排水系统设计、水害预防与治理，同时也直接关系到煤炭资源的合理开发与利用。

对某煤矿进行水文地质类型评价具有重要的现实意义。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种定性分析与定量分析相结合的多准则决策方法，能够系统地处理复杂的决策问题。

通过构建层次结构模型，将决策问题分解为不同的组成因素，并根据因素间的关联影响以及隶属关系将各种因素进行不同的组合，最终通过定量的方式得出决策结果。

浅议基于层次分析法的矿产勘查靶区优选

浅议基于层次分析法的矿产勘查靶区优选【摘要】在矿产的勘查当中，靶区优选是一个重要的组成部分，它除了能够直观的展现矿产资源的预测结果之外，还能够将矿产资源的预测和勘查相互连接，保证整体工作的连贯性。

但是人们并没有真正的认识到靶区优选工作的重要性，而且也没有一些先进的科技手段相支持，导致靶区优选工作没有真正的发挥其应有的效应。

本文通过层次分析法，对矿产勘察靶区优选开展简单的分析，希望能够对有关工作人员起到一定的作用。

【关键词】层次分析法；矿产勘查；靶区优现如今我国的工业发展在不断的加快，矿产资源的需求量也在逐渐的增多，但是在矿产勘查的工作上，还需要不断的进步和提升。

在矿产的勘查工作当中，先进的技术对靶区优选工作具有重要性的影响，所以来说，相关部门可以通过层次分析法，更加高效的开展相关工作。

一、靶区优选概述（一）靶区优选的作用在矿产的勘查过程当中，人们通过使用比例尺的大小将相关地段进行区分，使用中小型比例尺圈定的地区称为远景区，而使用大比例尺圈定的地区称为靶区。

在矿产的勘查工作当中，靶区优选是不可或缺的组成部分，同时，靶区优选也直观的体现了矿产预测的结果。

靶区优选工作是否顺利严重影响了后续的勘查工作，如果靶区优选工作顺利，那么后续的勘查工作成功的几率也会增大，除此之外，靶区优选还是矿产的预测与普查工作的衔接点，承担了桥梁的作用[1]。

（二）靶区优选的遵循的原则因为靶区优选自身具有一定的特点，如复杂性和实效性等，所以在进行靶区优选工作时，要在遵循与地质研究相关的原则，使靶区优选工作所得出的结果能够具有一定的稳定性和可靠性。

因此来说，在选择靶区优选指标的时候，要遵循以下的原则。

其一，基础地质原则。

在矿产的形成和地质的运转过程当中具有一定的复杂性，矿产当中的矿体与矿床之间存在一定的差异，所以在进行靶区优选工作的时候，要先进行精准的分析、研究。

其二，系统优化性原则。

在进行靶区的优选工作的时候，会牵涉到很多的标志、信息程序以及方法，这就要求工作人员要严格保证整个体系的系统性，要确保各个环节都是简单、明确、科学、合理的，要在整体上保证能够实施系统优化，使确定的最高级别的远景区的面积是最小的，出现矿产的概率是最大的，以及其存在的价值是最大的[2]。

浅析采矿工程中开采方法的有效选择

浅析采矿工程中开采方法的有效选择摘要:采矿工程是一门古老的工艺,是一种教人如何在露天或井下等不同的矿区采矿的学问。

矿业一直是我国国民经济中最重要的来源之一,矿产资源更是囊括煤矿、金属矿、水晶、钻石矿,等等,就当前的形势来看,怎样选择科学的采矿方法进行开采,既保护环境的可持续发展,又可以更好地保证井下工人的安全这是我们要解决的首项任务。

关键字:采矿工程开采方法选择一、一般采矿方法选择的过程(1)选择采矿方法时要考虑到以下要求:1.生产安全这是各行各业都要考虑的第一因素,它不仅包括工人在开采过程中的安全和发生坑内灾害时能及时撤离危险区,也要保证坑内和安全范围内的设施及建筑物不受破坏或受到最小危害。

2.高强度的开采在安全范围允许内,高强度的开采有助于保证开采过程的安全和最大经济效益的获得。

3.可持续的生产过程――原材料消耗量少,劳动生产率高、生产成本低,这也是获得经济效益的保证。

4.矿石损失与贫化率低――另一个角度的矿产资源利用率及矿石质量高。

5.采矿方法简单、可靠且灵活方法简单,则易于掌握,有利于快速的施工和生产;方法可靠,则有利于进一步的生产,也是生产稳定的表现;灵活性是指一旦开采条件有较大变化,能迅速改变作业与工序,相应成为其它可行的采矿方法。

(2)影响方法选择的因素1.地质因素地质因素主要是指矿床自身的条件,包括矿山和围岩的物理学性质,他们的稳定性决定着采场地压管理方法等,还有矿体产状,包括矿体倾角、厚度和形状,矿石的品味及价值,有用矿物在矿体和围岩中的分布,矿体赋存深度,矿石与围岩的自然性和结块性,这些因素对采场布置、构成要素、地压管理、矿石运搬方法和采矿方法的确定有决定性的影响。

2.技术因素技术因素包括对矿体勘探的程度,矿山的开采规模,采装运机械化程度与装备水平、矿山技术操作水平和管理水平,加工部门对矿石的要求以及地表陷落的可能性等。

3.经济因素采矿方法的选择方法一般有两种,其一是直接法,它根据矿山的地质及开采技术条件,在所有的采矿方法中直接选择几种采矿方法;其二是剔出法,它根据矿山地质及开采技术条件对所有的采矿方法进行考虑,剔出大多数不适应条件和要求的采矿方法,余下的几种即为可行的采矿方法。

运用灰色关联理论优化采矿方法

第35卷第4期2010年8月昆明理工大学学报(理工版 htt p ://www. kustjour na. l co m /Jour nal ofK un m i ngU n i versity of Sci ence a nd Technology (Sci ence and Technolo gy V o. l 35 N o 4 Aug . 2010收稿日期:2009-12-28.作者简介:王永智(1969-, 男, 硕士, 高级工程师. 主要研究方向:计算机在采矿中的应用.-i:l w @126. mdo:i 10. 3969/.j issn . 1007-855x . 2010. 04. 003运用灰色关联理论优化采矿方法王永智1, 邬煜2, 寇明遥3(1. 西北矿冶研究院, 甘肃白银730900; 2. 中国有色金属工业第十四冶金建设公司, 云南昆明650051;3. 白银石晋矿业有限公司, 甘肃白银730900摘要:小铁山铅锌矿技术改造期前, 采用无底柱分段崩落法进行开采, 由于该矿床处于构造应力场中, 损失率大, 贫化率高, 经济效益低下. 由于小铁山铅锌矿矿石价值高, 仅金银就占总产值的40%以上. 为此, 小铁山矿进行了以改造采矿方法为主的技术改造, 先后进行10余种采矿方法试验. 论文运用灰色关联理论, 对小铁山铅锌矿技术改造期间使用的各种采矿方法, 从灰色关联角度进行优化, 从而得出了适合小铁山铅锌矿矿床开采的采矿方法. 关键词:灰色关联理论; 采矿方法; 铝锌矿中图分类号:TD801文献标识码:A文章编号:1007-855X (2010 04-0011-04Optim izati on ofM i ni ng M ethods Based on G ray RelevanceWANG Yong Zhi 1, WU Yu 2, KOU M i n g Yao3(1. N o rt hwest R esearch Institute o fM i ni ng &M eta ll urgy , Ba i y i n , G ansu 730900, Ch i na ;2. NO. 14M eta ll urg i ca l Constructi on Co . , N ati onal N onferrous Industry o f Chi na , K unm ing , 650051, Chi na ;3. Ba i y i n Sh iji n M i n i ng Co . , Ba i y i n , G ansu 730900, Chi naAbst ract :Be f o re t h e Lead-Z i n c techno l o g ical innovati o n of X iao T ie Shan m i n e , unp illared sublevel had been used , bu tw ith h i g h explo itati o n l o ss , high d ilution rate and poor econo m ic efficiency because the deposits is in t h e tecton ic stress field . O res i n this m i n e are quite val u ab le , si n ce just gold and silver m iningaccounts f o r over 40percent o f the g r oss ou t p ut value . To i m prove the m i n i n g efficiency , X iao T ie Shan m i n e had to adopt thetechno l o g ica l innova ti o n , and experi m ented w ith m o re than ten kinds ofm ini n g m ethods . G ray theory is adopted i n th is paper to opti m ize the m ethods used i n the transfor m ation . K ey w ords :gray re levance theory ; m ining m ethod ; lead zinc m ine0引言在矿山采矿方法设计中, 都要进行技术方案比较, 一般做法是:计算有关技术经济指标, 选取指标最好的方案作为设计的最优方案. 这种方法是我们常用的, 也是行之有效的方法. 但由于矿山企业的特点, 其工作对象不可知且复杂多变; 另外, 一个矿山的采矿方法一旦被确定下来, 若要重新更改, 牵涉面很大, 有时甚至连矿山的开拓、通风系统都要变动, 这必然要造成大量的人力、物力和财力的巨大浪费. 因此, 在矿山设计选择采矿方法时, 必须要多方论证, 反复考究. 固然, 在选择方法时先进的技术和设备是必须考虑的, 但采矿是一项技术和经验占主导作用的作业, 专家和现场技术人员的经验是至关重要的.近年来随着应用科学、电子计算机及其它软科学的发展, 许多矿业工作者从不同角度, 如灰色理论、模糊数学、价值工程等, 对采矿方法选择进行了有益的探讨, 有效地解决了采矿方法方案中的完全定量化问题, 较好综合了各评价指标的影响.1基本概况小铁山矿自1964年第2次基建以来, 迄今为止, 在采矿方法使用分为2大类. 一类是前期的崩落法;一类是现在采用的充填采矿法. 这2类采矿方法在生产过程中, 采用不同的方案, 前后超过10余种. 由于小铁山矿特有的岩石力学构造, 宝贵的矿藏资源, 前一类采矿方法在生产过程中暴露出的损失、贫化率高, 采场进路坍塌、冒落现象时有发生, 资源浪费严重等原因, 先后于1986年进行了以改变采矿方法和更新部分采掘设备为主的技术改造, 采用充填采矿法代替原有的崩落采矿法.在进行技术改造的同时, 亦进行了充填采矿法的试验工作, 先后采用了低分段、分条风沙充填采矿法、高分段、分条尾砂胶结充填采矿法、机械化上向巷道式胶结充填采矿法、菱形梯段胶结充填采矿法等方案的试验工作, 从生产能力、生产组织、各项经济技术指标等方面取得了很大的成绩, 但也暴露出了诸多问题, 特别是采场的片邦、冒落现象严重, 给安全生产带来许多问题, 这些问题也是采矿工作者所关心的问题, 笔者认为, 利用灰色关联理论来对上述4种方案进行优化选择.为此, 将机械化上向巷道式胶结充填采矿法[2]确定为第1方案; 机械化下向分层充填采矿法确定为第2方案; 分段、分条尾砂胶结充填采矿法确定为第3方案; 菱形梯段胶结充填采矿法确定为第4方案.2灰色关联理论基础在灰色系统理论中, 作灰色关联分析[1]首先要指定参考数据列. 通常记为{X0},{X0}={X0(1,X 0(2, ! , X 0(n },与参考数据列{X0}进行比较的数据列记为{X1},{X2},! , {Xm }.关联分析, 即求被比较数据列与参考数据的关联程度, 求关联度, 先求关联系数, 即按公式:i (k =m in i m in k X 0(k -X i (k +0. 5m ax i m ax k X 0(k -X i (kX 0(k -X i (k +0. 5m ax i m ax k X 0(k -X i (k i (k 是被数列{Xi }第R 个元素{Xk }与参考数据列{X0}相应元素X 0(k 的相对差值. 称为{Xi }对{X0}在第K 个元素上的关联系数.由于关联系数 i (k 数目很多, 信息不集中, 不便于比较. 为此将逐个元素下的的关联系数取数均值r i . 灰色系统理论将r i 定义为被比数据列{Xi }对参考数据列{X0}的关联度, 即:r i =1n ∀nk=1i (k在采矿方法选择中, 对于提出的诸种方案, 通常人们要综合考虑技术、经济和社会诸方面的问题来论证, 因而提出了一系列的技术经济指标加以评价诸方案的优劣, 从中择优. 但是, 这些技术经济指标相互间是不可比的, 是互补的, 而且可能还有许多非量化的灰数.基于关联的方案判别, 首先要构成诸方案的技术经济数据列, 如:{X1}={X1(1, X 1(2, ! , X 1(n }{X2}={X2(1, X 2(2, ! , X 2(n }! !! !! !! !! !!!{Xn }={Xn (1, X n (2, ! , X n (n }其中{X1},{X2},! , {Xm }分别表示1到m 个方案.其次, 对于非量化的技术经济灰数指际. 进行白化函数的量化处理. 量化处理的方法视指标的具体性质确定.方案评判过程的另一关键是确定参考数据列, 确定参考数据列的原则是; 参考数据列的各项元素是从诸方案技术经济指标数据列里选出的最佳组成的, 亦即参考数据列{X0}为:{X0}={X0(1, X 0(2 ! X 0(n }={Xn (1, X n (2 ! X n (n }, j 0(k 2, n , 12 昆明理工大学学报(理工版 h ttp ://www. ku stjourna. l co m / 第35卷时, 人们希望矿石贫化率、损失率尽可能低, 安全程度尽可能高, 若X i (r 表示第i 个方案中矿石贫化率, 而X j (s 表示第j 个方案中安全程度. 那么:X i (r =m in [X1(r, X 2(r, ! , X m (r ]X j (s =m ax [X1(s, X 2(s, ! , X m (s ]这样由上述元素构成的数据列{X0}的各项元素是最佳技术经济指标, 称{X0}为最优参考数据列. 是计算诸方案以技术经济指标为元素构成的数据列对最优参考数据列的关联度.3采矿方法方案的优选根据前述所选方案, 其主要技术经济指标如下:1 对表1[4]指标进行相应处理, 处理后各方案技术经济指标列表2. 初选方案的主要技术经济指标见表所示.表1 主要技术经济指标Tab . 1 Pr i m ary techn ical and econo m ic i nd ica tors 指标名称及单位第1方案第2方案第3方案第4方案采场生产能力/(t #d -1 215315160348采准比/(m #万t -18412284140损失率/%5 58 05 112贫化率/%7 814 47 418采矿工效/(t 工#班-1 14181020采矿综合成本/(元#t -138 1335 4340 6836 52安全程度/分值7593施工难易程度/分值3458注:a . 采矿综合成本为采矿作业成本与充填成本之和. b . 安全程度、施工难易程度采用专家打分法. 表2 处理后的各方案技术经济指标 T ab . 2 T echn ica l and econo m ic ind icator s of eve ry sch e m e af ter processing 指标名称及单位第1方案第2方案第3方案第4方案采场生产能力/(t #d -1 21 531 51634 8采准比/(m 万t -18 412 28 414损失率/%5 58 05 112贫化率/%7 814 47 418采矿工效/(t 工#班-1 14181020采矿综合成本/(元#t -138 1335 4340 6836 52安全程度/分值7593施工难易程度/分值34582 确定最优参考数据列[3]{X0}={34. 8, 8. 4, 5. 1, 7.4, 20, 35. 43, 9, 3}3 计算各个方案指标数据列对于最优参考数据列的关联度, 被比数据列为:{X1}={21. 5, 8. 4, 5. 5, 7. 8, 14, 38. 13, 7, 3}{X2}={31. 5, 12. 2, 8. 0,14. 4, 18, 35. 43, 5, 4}{X3}={16, 8. 4, 5. 1, 7. 4, 10, 40. 68, 9, 5}{X4}={34. 8, 14, 12, 18, 20, 36. 52, 3, 8}容易得到上述关联系数 i (k 计算公式中的两级的最小差:m i n i m i n k X 0(k -X i (k =0两级最大差:m ax i m ax k X 0(k -X i (k =18 8. 因此, 计算公式简化为:i (k =9. 4X 0(K -X I (K +9. 4经计算得:1={0. 4141, 1, 0. 9592, 0. 9592, 0. 6104, 0. 7769, 0. 8246, 1} 2={0. 7402, 0. 7121, 0. 7642, 0. 5732, 0. 8246, 1, 0. 6528, 0. 9038} 3={0. 3333, 1, 1, 1, 0. 4845, 0. 6416, 1, 0. 8246} 4={1, 0. 6267, 0. 5767, 0. 4700, 1, 0. 8961, 0. 6104, 0. 6528 r 1=0. 8181, r 2=0. 7714, r 3=0. 7855, r 4=o . 0. 7291则关联序为:r 1>r 3>r 2>r 413第4期王永智, 邬煜, 寇明遥:运用灰色关联理论优化采矿方法由于按r i =1n ∀nk=1i (k 计算关联度时, 实际上是对各指标或空间作平权处理的, 即将各指标或空间视为同等重要, 但在实际采矿生产中, 各影响因素是不同等重要的一即不平权; 因而, 为了使比较更接近真实, 减少人为因素的影响; 必须作非平权处理, 根据加权关联计算公式r i =1n∀nk=1i (k a (k , 关联度的计算结果为:r 1=0. 8006, r 2=0. 7803, r 3=0. 7906, r 4=0. 7371则关联序为:r 1>r 3>r 2>r 44结论计算结果表明, 第1方案为最优方案, 第2和第3方案次之, 最差为第4方案, 故第4种方案予以剔除, 由于第2及第3种方案在几种比较方法中, 位置互有先后且相差不大, 而且与第一方案的差别也不很大, 另外, 由于受小铁山铅锌矿的矿岩条件、矿体赋存条件和生产能力的制约, 该矿不可能仅使用单一的采矿方法, 因此, 除巷道式上向充填采矿法作为最优方案推荐外, 巷道式下向充填采矿法和分段分条上向充填采矿法也作为最优方案随同推荐. 参考文献:[1]冯冬青, 谢宋和, 等. 模糊智能控制[M].北京:化学工业出版社, 1998.[2]王永智. 上向进路式尾砂胶结充填采矿法采场结构参数优化研究[D ].昆明理工大学国土资源工程学院, 2005. [3]王永智, 郭忠林. 上向巷道式充填采矿法中段衔接部位回采研究[J].昆明理工大学学报:理工版, 2004, 29(增刊, 17-18[4]北京矿冶研究总院. 上向巷道式尾砂胶结充填采矿法工业试验与研究[R ].北京:北京矿冶研究总院, 1995.[5]G o rzalczany M B . A m ethod o f i nference in approx i m ate reasoning based on i nterval-va l ued fuzzy se ts[J].F uzzy Sets and System s , 1987, 21(1:1-17.(上接第5页致谢:在写作过程中得到了昆明理工大学国土资源工程学院左小清教授、中国科学院遥感应用研究所国家航天局航天遥感论证中心胡新礼博士、陈兴峰博士的无私帮助与指导, 特此致谢. 参考文献:[1]宇超群. 线阵CCD 卫星遥感影像成像模型及算法研究[D ].解放军信息工程大学, 2005:3-4. [2]徐鹏, 黄长宁. 卫星振动对成像质量影响的仿真分析[J].宇航学报, 2003:24(3:259-263. [3]赵阳. 太阳帆板振动对星载CCD 相机成像的影响[J].中国空间科学技术, 1995(4:32-39. [4]赵阳. 磁带机运转对星载CCD 相机成像的影响[J].中国空间科学技术, 1995(4:22-28+66. [5]董龙, 李涛. 线阵CCD 成像仿真研究[J].航天返回与遥感, 2008:29(1:43-49.[6]郝云彩, 杨秉新. 航天线阵CCD 相机推扫成象过程的象质研究[J].光子学报, 1998, 27(7:639-644. [7]赵贵军, 陈长征. 推扫型TD ICCD 光学遥感器动态成像研究[J].光学精密工程, 2006, 14(2:291-296. [8]赵时英. 遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社, 2003:87-88.[9]王任享. 论不同航天摄影测量传感器的摄影测量性能[J].武汉大学学报:信息科学版, 2001, 26(2:95-100.14昆明理工大学学报(理工版 h ttp ://www. ku stjourna. l co m / 第35卷。

基于灰色系统理论的高效采矿方法优选

［5 ］
1
1． 1
灰色系统理论特征及建模原理
灰色系统理论特征
灰色系统理论是一种研究某些既含有已知信息［1 ］又含有未知信息的系统理论和方法。灰色理论以 “部分已知信息，、 “贫信部分信息未知 ” 的“小样本” 息” 不确定性系统为研究对象，主要是通过“部分 ” 已知信息的筛选、加工、延伸和扩展，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控
h =0
方案指标与“理想目标 ” 的近似程度，它也表示了方的距离大小。关联度越大，二案指标与“理想指标 ” “理想目标” 者越相似，与相对距离就越小。 7 ）根据关联度大小排出关联序。
Σ X hi / （ m + 1 ）
m
（ h = 0， 1， 2， …， m j = 1， 2， …， n）。
采矿工程
29
Δ max = max max X'0 （ k）－ X'i （ k），
i k
Δmin = min min X'0 （ k）－ X'i （ k）。
i k
( )
（ 2）
5 ）计算关联系数［8］： ξ0i （ k） =
Δ min + ρΔ max Δ0i （ k） + ρΔ max
经无量纲化处理后的参数矩阵为： X' 01 X' 02 …X' 0n X' X' 12 …X' 1n 11 X' 0 C' = X' 21 X' 22 …X' 2n = （ m + 1） × n X' X' m1 X' m2 …X' mn

基于层次分析和模糊数学的采矿方法优选

ISSN 1671-2900 采矿技术第20卷第5期 2020年9月CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.5 Sep. 2020基于层次分析和模糊数学的采矿方法优选陈春生(赣南地质调查大队，江西赣州市341000)摘要:某铁矿矿体产状平缓，矿岩软弱破碎，自建矿以来一直使用无底柱分段崩落法，该采矿方法在生产过程中存在矿石损失贫化大、支护强度大、采矿成本高等问题，已不适应矿山生产要求。

本文综合利用层次分析法和模糊数学进行采矿方法优选，根据最大隶属原则，排定各采矿方案的优劣次序，推荐采用下向进路充填与大直径深孔嗣后充填联合采矿法。

现场试验结果证明：该采矿方案在开采安全性、适应性、成本和效率方面的优势较为突出，具有良好的推广价值。

关键词:层次分析;模糊数学;下向进路充填法;大直径深孔嗣后充填法0 引言矿区位于莱芜断陷盆地内，在地貌上处于山前平原地带，矿区附近地面标高为190～200 m。

该地区属暖温带大陆性气候，极端最高温度39.2℃，极端最低温度−21.8℃。

年平均降水量为766.9 mm，多集中在6～9月。

历年最大降水量为1404.9 mm （1964年），历年最小降水量为490.9 mm，日最大降水量为168.9 mm（1975年9月1日）。

年平均风速3.0 m/s，全年主导风向为东北，地震烈度为7度。

矿床顶底板围岩及层间夹石的岩性种类较多，岩性变化复杂，稳定性情况分级多为Ⅳ～Ⅴ级，稳定性差~不稳定。

矿体走向北西—近水平，倾向270°～320°，倾角10°～40°。

Ⅰ矿床主矿体围岩顶板为奥陶系大理岩或古近系砾岩，底板为闪长玢岩或大理岩；零星矿体围岩顶板为闪长玢岩或蛇纹石化大理岩，底板为蛇纹石化大理岩或矽卡岩及闪长玢岩；砾岩矿体围岩顶板为古近系砾岩，底板多为大理岩和主矿体磁铁矿。

Ⅱ矿床Ⅰ、Ⅳ矿体围岩顶板为石炭系板岩或古近系砾岩，底板为闪长玢岩或大理岩；Ⅱ、Ⅴ矿体围岩顶板多为闪长玢岩或蛇纹石化大理岩，底板为蛇纹石化大理岩或矽卡岩；Ⅲ、Ⅳ矿体围岩顶板为大理岩或蛇纹石大理岩，底板多为矽卡岩、闪长岩等。

基于灰关联与层次分析的地下开采采矿方法优选

基于灰关联与层次分析的地下开采采矿方法优选
陈东;周传波;李超人;蔡佳愿;毛少波;谭远红
【期刊名称】《黄金》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】采矿方法选择是地下开采金属矿山建设的一项重要内容，涉及影响因素众多，且各因素之间灰色关联。

因此，灰关联分析作为一种有效的分析方法在采矿方法优选研究中得到广泛应用，但传统的灰关联分析不考虑各个影响因素的权重系数的不同，存在缺陷。

介绍了基于灰色理论和层次分析理论，建立灰关联分析和9标度层次分析法（ AHP）相结合的采矿方法优选模型，先根据灰关联分析理论，得到几种采矿方法的关联系数；再利用层次分析理论确定各评价指标权重，最终求得关联度。

大冶铁矿工程实例表明，该采矿方法优选模型切实可行，具有一定推广和应用价值。

【总页数】4页(P28-30,31)
【作者】陈东;周传波;李超人;蔡佳愿;毛少波;谭远红
【作者单位】中国地质大学武汉工程学院;中国地质大学武汉工程学院;中国地质大学武汉工程学院;中国地质大学武汉工程学院;武汉钢铁集团矿业有限责任公司;武汉钢铁集团矿业有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD853
【相关文献】
1.基于灰关联分析法的采矿方法优选 [J], 王新民;谢盛青;赵彬;张钦礼
2.基于层次分析和灰色关联法优选采矿方法--以云南省某铁矿山的采矿方法选择为例 [J], 肖婷;陈玉明;杨仁华;杨宫印;朱宁
3.基于层次分析和模糊数学的采矿方法优选 [J], 陈春生
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5.基于模糊层次分析法的采矿方法优选 [J], 段军;梁智广;岳洪辉
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层次分析法的矿产勘查靶区优选分析

层次分析法的矿产勘查靶区优选分析【摘要】随着科学技术的不断发展与进步，为我国找矿工程的发展提供了极大的推动作用。

在找矿工程中能否正确的选择靶区对于找矿工作能否顺利完成有着非常重大的影响。

对此，文章通过下文对层分析法的矿产勘查靶区优选进行了详细的分析，进而为有关部门及工作人员提供一定的借鉴作用。

【关键词】层次分析法；矿产勘查靶区；优选分析我国是一个工业大国，对于矿产资源的需求量非常之多，但是，由于在对矿产资源进行勘察与找矿的工作中，需要强有力的技术作为支撑。

尤其是在矿产勘察的过程中，能够正确的选择靶区对之后工作上有着较大的影响，因此，基于层次分析法来进行这方面工作是有关部门应该积极借鉴的技术方式。

一、靶区优选中需要遵循的原则分析在靶区优选工作中可以对系统优化和综合评判的原则上进行使用，并且有着非常重大的意义所在。

但是，因为会有一定的实效性和复杂性会存在于靶区的优选中，因此，我们还需要对地质研究的基础原则上予以遵循，进而确保靶区优选的合理性和可靠性。

所以，在对评价指标进行选择时，需要对这样的原则上予以遵循：综合评判的原则。

对各类的影响的因素上一定要全面分析和对比。

系统优化性原则。

在优选指标体系的时候，涉及到种种标志、信息、方法的选择和工作的程序都要确保是简洁的、清晰的、优化的，在实施系统优化的时候，要以整体的角度出发给予保证，确保划分出的区域具有最大的见矿概率、最小的面积、最大的利用价值。

基础地质原则。

因为成矿过程和地质过程的复杂性。

矿体与矿床间的差异性，在优选靶区的时候要以准确、坚实的研究和分析当作主要的前提条件。

二、层次分析方式对层次分析法进行使用，对矿产靶区可以准确、客观的进行评价，同时，数学模型是层次分析的一大的特征，有着简单的原理，接受起来比较容易，该理论主要分为这样几个重要的部分如下所示：1、建立递阶层次结构在AHP中将问题的递阶层次结构模型建立起来是非常重要的一个环节，递阶层次结构里面问题的复杂程度和层次数同详尽的程度密切联系，通常不会限制层次数。

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Series No.400 Oct ober　2009 金属矿山MET AL M I N E总第400期2009年第10期3国家重点基础研究发展计划资助(973)项目(编号:2007CB209402)。

胡国宏(1984—),男,中南大学资源与安全工程学院,硕士研究生,410083湖南省长沙市麓山南路932号。

基于层次分析和灰色理论的海底采矿方法选择3胡国宏　李夕兵　刘志祥(中南大学)摘　要　针对海底开采复杂技术条件,采用层次分析法和灰色系统理论,综合考虑技术经济、安全、效率因素,建立了海底开采采矿方法优选的灰色多层次决策关联模型,采用层次分析法确定模型中相关因素的权重,通过计算各海底开采采矿方法的最终关联度来综合评价其优劣,并以三山岛金矿海底开采为例,进行了综合评判检验,实践证明,用这种方法选择出的采矿方法能最大程度实现了安全、高效、低耗采矿的目的,获得了比较满意的效果。

关键词　灰色理论　层次分析　采矿方法　海底开采Under2sea M i n i n g M ethod Selection ba sed on Ana lytic H ierarc hy Process and Gray TheoryHu Guohong　L i Xibing　L iu Zhixiang(Central South U niversity)Abstract　According t o the comp licated m ining technical conditi on,the fact ors of technol ogy,economy,safety and effi2 ciency are comp rehensively considered by using AHP and the gray syste m theories.The op ti onal gray multilevel decisi on2 making ass ociated model for the under2sea m ining method was established,and the weights of the evaluating model were de2 ter m ined by the analytic hierarchy p r ocess(AHP).The under2sea m ining method by taking the final degree of gray inci2 dence was evaluated.A s an exa mp le,Sanshandao Gold M ine’s p ractice has p r oved that the m ining method selected by this app r oach can greatest achieve satisfact ory results with safety,high efficiency and l ow consu mp ti on.Keywords　Gray theory,AHP,M ining method,Under2sea m ining 海底资源储量十分丰富,但目前进行海底地下开采仅限于滨海大陆架矿床。

据统计,从16世纪开始,英国人就在北海和北爱尔兰开采煤[1],日本人从1880年开始在九州岛海底采煤,加拿大在新苏格兰附近的海底采煤,土耳其在科兹卢附近的黑海中采煤,日本全国煤炭产量有30%来自滨海开采,加拿大是39%,智利高达80%,山东龙口煤田是我国发现并实行工业化开采的第一个滨海地下煤田[2]。

目前世界上开采滨海地下硬岩矿床较少,主要有位于芬兰湾贾亚萨罗・克鲁瓦铁矿、位于加拿大纽芬兰附近延伸到大西洋底的铁矿、位于英国康沃尔洲附近的莱文特锡矿等[3],国内还没有进行海底硬岩矿床地下开采并专门对采矿方法进行研究和探讨的先例,由于海底开采本身的特殊性、复杂性和不可类比性,有必要进行专门的研究和探索。

海底开采采矿方法选择是一个多层次、多因素的复杂系统,是典型的部分信息已知,部分未知的灰色系统。

本文运用层次分析法和灰色系统理论,建立了海底开采采矿方法选择灰色多层次关联模型,运用灰色系统相关理论确定灰色关联系数矩阵,采用层次分析法确定各层及相关指标的权重,通过计算初选的各海底采矿方法的最终关联度,以此作为准则来综合评价其优劣,并针对三山岛金矿海底开采提出的多种采矿方案进行了综合评判检验,获得了较好的效果。

1　海底采矿方法选择指标体系构建采矿方案选择是一个系统工程,具有多目标、多层次结构特征,根据层次分析法基本原理,结合灰色关联度分析法,将影响海底采矿方法选择的指标按其属性进行分类组合,形成多层次结构。

根据采矿方案选择的主要目的和依据,建立海底开采采矿方法评价指标体系(T),其影响因素主要分为3类:技术经济因素(X1):主要有采切比(P1)、损失率(P2)、贫化率(P3)、采矿直接成本(P4);安全因素(X2):主要有直接顶板稳定性(P5)、贯通导水裂隙・62・形成(P 6)、对设备腐蚀程度(P 7)、海水大规模渗入可能性(P 8)、对海底泥隔水层的影响(P 9);效率因素(X 3):主要有采场生产能力(P 10)、采矿工效(P 11)、对矿体适应程度(P 12)。

评判指标体系目标树如图1所示。

图1　海底开采采矿方法评价指标体系2　海底采矿方法选择模型构建2.1　建立原始评价指标矩阵若采矿方法选择评价对象是由n 个指标(因素)构成的评价系统,系统有m 个方案待评价,第i 个方案的n 个指标组成集合:a =(a i 1,a i 2,…,a in ),i =1,2,…,m ,(1)则m 个评价方案的原始指标构成矩阵:A =a 11a 12…a 1na 21a 22…a 2n …a m 1a m 2…a m n1(2) 选取的参考指标集为a 0=(a 01,a 02,…,a 0n )1(3) 对矩阵中定性指标可采用相对二元比较法,根据目标相对重要性进行排序后,查语气算子与定量标度关系表1[4],将标度值代入原始指标矩阵。

为了消除海底采矿方法选择中不同指标、量纲影响,加快其收敛性,需要对原始指标矩阵进行归一化处理,公式如下:d ik =a maxk -a ik a maxk-a m ink,(4)式中,a maxk 和a m ink 分别表示第k 个指标在所有方案中的最大值和最小值;d ik 表示第i 个方案的第k 个指标a ik 的归一化值,故归一化处理后的矩阵为D =d 11d 12…d 1n…d m 1d m 2…d m n d 01d 02…d 0n1(5)表1　语气算子与定量标度关系语气算子同样稍稍略为较为明显显著定量标度0.500.600.650.700.750.80语气算子十分非常极其极端无可比拟定量标度0.850.900.9512.2　确定灰色关联系数矩阵灰色关联度分析基本任务是基于因素序列的微观或宏观几何接近程度,来衡量因素间关系程度或是子因素对母因素(目标值)贡献程度[527],通过建立海底采矿方法选择灰色关联系数矩阵,将规范后的参考指标集d 0=[d 01,d 02,…,d 0n ]作为比较标准,而d i =[d i 1,d i 2,…,d in ](i =1,2,…,m )作为比较集,关联系数可由下述公式确定。

由(9)式得到关联系数矩阵为L =L 11L 12…L 1n …L m 1L m 2…L m n L 01L 02…L 0n1(10)2.3　层次分析法(AHP)确定权重层次分析法是通过两两比较各元素之间的相对重要性,构成一个判断矩阵,以此矩阵的最大特征值的特征向量的各分量作为各元素的权重[8]。

2.3.1　构造判断矩阵判断矩阵表示在建立的层次关系树中,对于上层某元素,本层相关元素的相对重要性,根据海底开采影响因素评价树,可构造两两比较的判断矩阵为X =(x ij )m ×n ,其中,x ij 值采用1～9阶标度法(如表2)确定。

2.3.2　层次排序通过求解判断矩阵最大特征根λmax 及其对应的特征向量W ,对其归一化后即得各层因素以及与上层因素之间有联系的元素重要次序的权重。

实际・72・胡国宏等:基于层次分析和灰色理论的海底采矿方法选择 2009年第10期表2　判断矩阵标度及意义标　度含义12个因素相比具有同样重要性32个因素相比,1个比另1个稍微重要52个因素相比,1个比另1个明显重要72个因素相比,1个比另1个强烈重要92个因素相比,1个比另1个极端重要2、4、6、8上述2相邻判断的中值值倒数因素i 与j 比较得标度x ij ,则因素j 与i 的比较的标度x ji =1/x ij上,对判断矩阵很难求出精确的特征值和特征向量,只能求近似值,这里采用和积法进行近似计算[9],其步骤如下。

(1)将判断矩阵X 的元素按列作归一化处理,得到矩阵 X ( x ij )m ×n :x ij =x ij∑nk -1xkj,i =1,2,…,m;,j =1,2,…,n 1(11) (2)每一列规划后的判断矩阵按行相加:W 1=∑nj-1b ij,,i =1,2,…,m;j =1,2,…,n 1(12) (3)判断矩阵经叠加后得到的向量为W = W 1, W 2,…, W n ,采用下式正规化:W i =W i∑ni =1W i,i =1,2,…,n ,(13)得W =[W 1,W 2,…,W n ],即为所求特征向量。

(4)计算判断距阵最大特征根λmax :λmax =∑ni =1(AW )i n W i,(14)式中,(AW )i 为向量AW 的第i 个分量。

2.3.3　判断矩阵一致性检验鉴于系统复杂性及主观判断多样性,需对判断矩阵进行一致性检验,采用以下算法进行判断:(1)计算判断的一致性检验指标C I [3]。

C I =λmax -nn -1,(15)式中,λmax 为判断矩阵最大特征值;n 为判断矩阵维数。

(2)确定平均一致性指标R I,多级矩阵平均随机一致性指标R I 取值如表3[3]所示。