新桥硫铁矿采矿方法模糊选择

（中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083）

摘 要：应用模糊数学原理对新桥硫铁矿8勘探线以东难采矿体 的采矿方法进行优选，建立了影响采矿方法选择的定量和定性指标体系，应用层次分析法确 定影响因素的权重，并对定量和定性指标分别计算隶属度，最终得到待选择方案的综合评判 向量(0.960, 0.804, 0.865)，即优越度分别为96.0%、80.4%和86.5%，从而确定方案Ⅰ最优 。矿山实践表明，模糊选择的采矿方法较好地适用于生产，取得了良好成效。

关键词：难采矿体；采矿方法；层次分析法；模糊数学

 Fuzzy Choice of Mining Method in Xinqiao Pyrite MineZHAO Bin，WANG Xin-min，ZHANG Qin-li

(School of Resources and Safety Engineering, Central South Univ ersity, Changsha Hunan 410083, China)

Abstract: Fuzzy mathematics was used to optimize the choice of mi ning methods for the difficult mining orebody to the east of No. 8 prospecting l ine in Xinqiao Pyrite Mine. The quantitative and qualitative index systems of fa ctors influencing on mining methods choice were set up. The weights of these fac tors were established based on analytical hierarchy process method, and the memb ership degrees of quantitative and qualitative indexes were separately calculate d. The synthetic assessment vector obtained is(0.960, 0.804, 0.865), namely t he synthetic superiority degree of mining methods 96.0%, 80.4%, 86.5%, respectiv ely. So, the method Ⅰ is the best. Mining practice indicates that the mining m ethod selected by fuzzy choice is good for mining production.

Key words:difficult mining orebody; mining methods; analytic al hierarchy process; fuzzy mathematics

传统的采矿方法选择，通常采用技术经济评价法，在分析对比采矿方法技术经济指标时，只 能按同类指标单一地评估其优劣程度，而难以从定量的角度分析和验证各项指标对采矿方法 产生的综合影响［1-2］。特别是矿体开采技术条件较复杂时，可供选择的采矿方法 在技术经济上优劣不明显，传统方法就不可避免地带有主观意念，甚至做出错误决策。由于采矿工程特殊复杂的客观条件，以及传统方法的局限性，要达到全面、准确的择优效果 是极其困难的。而模糊数学思想被广泛应用于系统工程中，能够把那些只能定性描述的模糊 概念、推理、判断及模糊决策数学化、定量化，较好地解决多层次、多因素、多目标、多指 标的决策问题［3-4］。新桥硫铁矿8勘探线以东难采矿体应用模糊数学思想进行采 矿方法优选，取得了良好的成效。

1 开采技术条件

安徽省铜陵市新桥硫铁矿是一座以硫为主，伴生铜、金、银、铁、铅、锌等多种金属元素的 大型露天地下联合开采的矿山，已探明地质储量1.7亿吨，其中硫铁矿矿石量87 110 kt、铁矿石量24 000 kt、铜金属量500 kt、铅和锌金属量40

kt等［5］。其8勘探线以东矿体靠近铁路、公路、河流及东部露采边坡 ，是典型的“三下”难采矿体，含有近2 000 kt品位较高铜硫矿石量，在前期 开采中未考虑回收。随着铜、硫价格不断升高，该部分高品质的铜硫矿床的回收，对提高资 源回收率和矿山经济效益具有重要意义。

该部分矿石主要为黄铁矿、局部为含铜黄铁矿，多呈致密块状，稳定性好；底板为高骊山组 砂页岩，稳固性好；顶板为黄龙灰岩、船山灰岩，无破碎带，较稳固。矿体走向长约210 m，平均倾角48°，平均真厚20 m，最浅埋深距地表仅12 m。矿区内铁路专线几乎与矿体同走向，距矿体最近处仅40 m；而且大部分矿 体直接出露于露天开采边坡，开采技术极其复杂。必须选择合理的开采方式，以控制地表变 形，提高铁路专线、公路、河流及边坡的安全性。

2 采矿方法提出及评价

根据矿体的开采技术条件，提出了三种采矿方法(上盘采准)作为待定开采方案。

（1） 上向水平分层胶结充填法（见图1），将阶段（高度24 m）沿矿体走向划 分为矿房（8 m）和矿柱（8 m）及间柱（4 m），各采 场均用上向水平分层胶结充填法回采。先间隔回采矿柱，用1∶2∶6（水泥∶粉煤灰∶ 江砂 ）的胶结充填料充填； 后采矿房， 用1∶2∶8的胶结充填料充填。

1. 阶段平巷；2. 斜坡道；3. 分段平巷；4. 装矿横巷；

5. 采场联络道；6. 卸矿横巷；7. 溜井；8. 充填回风井；9. 充填体

图1 上向水平分层胶结充填法

主要技术经济指标为：采场生产能力，124 t/d；标准米采切比，25.75 m/kt；损失率，24%；贫化率，5%；采充成本，75.7 元/t；方案灵活适用 性好；通风条件好；易于实施。

（2） 上向水平进路沿矿体走向布置充填法（见图2），将阶段（24 m）沿矿体 走向划分成矿块（100 m），矿块间留15～20 m的矿石间柱。阶段进行分层，在各个分层内从矿块中央的分层联络道向两翼掘进进路采场回采。同 分层 进路采场间隔回采，首采的用1∶2∶6（水泥∶粉煤灰∶江砂）胶结充填料充填；第 二步用1 ∶2∶8胶结充填料充填。整个分层进路回采充填结束后，密闭、充填联络道，统一升层。

图2 上向水平进路沿矿体走向布置充填法（图例与图1同）

主要技术经济指标为：采场生产能力，100 t/d；标准米采切比，9.32 m/kt；损失率，20.87%；贫化率，5%；采充成本，85.7 元/t；方案灵活适 用性好；通风条件差；易于实施。

（3） 上向水平进路垂直矿体走向布置充填法（见图3），将阶段（24 m）沿矿 体走向划分成矿块（100 m），矿块间留15～20 m左右的矿石间柱 。阶段进行分层，在各分层内垂直于矿体走向掘进进路回采，在矿块的两翼布设两条充填回 风天井加强通风效果。其它方面的特征与方案二相同。

图3 上向水平进路垂直矿体走向布置充填 法（图例与图1同）

主要技术经济指标为：采场生产能力，100 t/d；标准米采切比，37.69 m/kt；损失率，20.87%；贫化率，5%；采充成本，85.7 元/t；方案灵活 适用性好；通风条件较好；易于实施。

3 采矿方法模糊选择

3.1 模糊数学优选模型

式中：B为各方法的综合评判向量；b1,b2,b3,…,bn为各方法的综合满意度或综 合优越度，计算出的b值越大，则说明对应方案优越性大；R为n个方法m个 评 价因素构成的隶属度矩阵；W为m个影响因素构成的权重向量，常用层次分析法来确定。

3.2 层次分析法确定影响因素权重层次分析方法（AHP）能够把系统问题的各因素，通过划分相互联系的有序层次，使之条理 化，根据对一定客观现实的判断就每层次相对重要性给予定量表示，使定性分析与定量分析 有机的结合［6］。该方法为各种影响因素进行排序，首先要将分析的问题建立层次 化的指标体系结构模型，将所包含的各种因素分组，每一组作为一个层次，由高到低按目标 层（O）、准则层（P）和因素指标层（X）进行排列。根据以上提出的采矿方 法及主要技术经济指标，可建立采矿方法评价的综合指

[BHDWG1*8/9]3[]稍微重要[]因素Xi的重要性稍微高于Xj5[]明显重要[]因素Xi 的重要性明显高于Xj[BH]7[]强烈重要[]因素Xi的重要性强烈高于Xj[BH]9[]绝对重要[]因素Xi的重要性绝对高于Xj注：2，4，6，8分别表示两相邻判断的中值；若

（3） 采用方根法进行计算矩阵D特征根，DW=λmaxW，所得 到的W经正规化后作为因素的排序权重。

（4） 判断矩阵D的一致性检验，CR=CI/RI，CI为一致性检验指标， CI= (λmax-n)/(n-1)； n为判断矩阵的阶数；RI为平均随机一致性指标（见表3）。 当CR＜0.1时，认为的一致性是可以接受的，否则需要重新调整判断矩 阵，直至满足一致性检验为止［7］。

RI=0.264，CI=0.005＜0.1， 故判断矩阵满足一 致性检验要求。 因此， 可得影响采矿方案选择的权重向量W=(0.400,

比较法确定。

（1） 定量指标 采用隶属函数法求n个方案的m个指标组成的目标特征值矩阵。设第i 个方案的第j个的指标值为yij。定量指标可以分为收益性指标与消耗性指标两类。 对 于收益性指标，指标值越大越好，令rij=yij/maxyij；对于消 耗性 指标，指标越小越好， Pk重要， 令ekl=0, elk =1（k，l=1,2,…,m）。 由此可得二元比较矩阵

矩阵，eij为目标i对j关于重要性作二元比 较时，目标i对于j的重要性模糊标度；eji为目标j对于i的重要性模糊标度。

将此矩阵按行排序， 则βi=∑[DD(]m[]j=1[DD)]βij（i≠j,i=1,2,…,m ）序号表示了目标的相对重要性，根据排序查语气算子与定量标度表 (见表5)，可得到非 定量指标的隶属度［10-12］。

表5 语气算子与定量标度相对隶属度关系表

（1） 由层次分析法确定9个影响因素，分析结果表明，采矿成本、采场安全程度为采矿方 法选择的主要考虑因素，其次为采场生产能力和通风条件，其它次之。

（2） 将模糊数学应用于采矿方法选择系统中，避免了单因素决策的片面性和主观认识差异 引起的决策失误，特别是在各方法选择的指标出现优越性交叉时，能够做出更为科学、准确 、有理论依据的判断。

（3） 优选的采矿方法成功应用于新桥硫铁矿8勘探线以东难采矿体开采 。同时，该种综合评判模型也可应用于类似矿山及其他系统工程的多方案优选中。

参考文献：

［1］ 许传华,任青文.地下工程围岩稳定性的模糊综合评判法［ J］. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(11):

1 852-1 855.

［2］ 姚金蕊,李夕兵,周子龙.“三下”矿体开采研究［J］.地下空间与工程学报, 2005,1(6):1 073-1 075.

［3］ 方述成,汪定伟.模糊数学与模糊优化［M］.北京:科学出版社,1997:126-13 2.

［4］ 朱卓慧,赵国彦,吴桂香,等.采矿方案的模糊优选［J］.采矿技术,2005,5(4) :12-14.

［5］ 肖智政,王新民,曾建军.新桥硫铁矿坑下岩体结构调查与质量评价［J］.矿 山压力与顶板管理,2003,20(2):107-109.

［6］ 梁瑞心,叶飞.带概率层次分析法在多指标决策中的应用［J］.甘肃科学学报 ,2000,12(3):12-16.

［7］ LI L,LI Y M.The design and stability analysis of adaptive system

based on linear T-S fuzzy system［J］.Automation Chemistry Transaction, 2003,29 (6):1 024-1 026.

［8］ LEE H,TOM M R.Adaptive control using a universal approximation

f or SISO nonlinear systems［J］.IEEE Trans.Fuzzy Systems,2001,122(1):88-93.

［9］ CHAN P T,RAD A B,WANG J.Indirect adaptive fuzzy sliding mode cont rol: Part Ⅱ: parameter project and supervisory control［J］.Fuzzy Sets and Sys tems,2001,119(1):156-161.

［10］ XIN L L,GENG H, WANG Y M, et al. General limited information dif f usion method of small-sample information analysis in insurance［J］.Journal of

Shanghai University: English edition,2007,11(3):259-262.

［11］ 罗一忠,吴爱祥,胡国斌，等.采场人-机-环境系统可靠性模糊综合评价［J ］.中南大学学报：自然科学版,2006,37(4):804-809.

［12］ 黄贯虹,方刚.系统工程方法与应用［M］.广州:暨南大学出版,2005:12-15 .

(责任编辑：何学华)第4期

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