謝 勝

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關市 512325)

基于熵權TOPSIS法的側向崩礦法方案優(yōu)選

謝 勝

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關市 512325)

采用基于熵權TOPSIS方法，對凡口鉛鋅礦側向崩礦方案進行優(yōu)選。選取了出礦條件、裝備條件、勞動強度、通風條件、施工安全和技術條件作為綜合評價的指標體系。建立了基于熵權TOPSIS的優(yōu)選模型，通過計算得出方案一和方案二的貼近度分別為0.56467和0.93426，由此選擇方案二有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法為合適的崩礦方案。

熵權TOPSIS法；崩礦方案；評價指標體系；貼近度

0 前 言

凡口鉛鋅礦是一個大型鉛鋅礦山,年產(chǎn)鉛鋅礦石約160萬t,鉛鋅金屬量約17萬t[1-3]。礦山擁有鏟運機、掘進臺車、上向式臺車、破碎臺車、天井鉆機等先進的設備。但隨著礦山開采強度增大,開采資源中間柱、頂?shù)字?、邊遠、難采礦體占比逐漸加大。

凡口鉛鋅礦目前主要采用的方法有:盤區(qū)機械化水平淺孔上向分層充填采礦法；盤區(qū)機械化上向中深孔分層充填采礦法；階段鑿巖階段崩礦法(VCR 法)。以上采礦方法中,盤區(qū)機械化水平淺孔上向分層充填采礦法采用人工持手持風鉆打水平淺孔落礦,貧化損失較低,但效率低、安全風險大；盤區(qū)機械化上向中深孔分層充填采礦法采用自動接桿臺車往上打3～5 m深鉆孔后一次性落礦,待人工撬頂后出礦,作業(yè)較安全,但是效率不是很高；階段鑿巖階段崩礦法(VCR法)采用在上部硐室鑿巖,然后分拉槽、破頂、側崩等步驟把幾個分段高的采場礦石崩下,遙控鏟運機鏟出,再嗣后充填,該方法作業(yè)安全性高,但是上、下部硐室施工難度較大、準備周期長、貧化損失控制難度大。為了更加安全、高效采出礦石,較好控制貧化損失,有必要尋找一種新的采礦方法。

1 基于熵權TOPSIS模型的建立

1.1 崩礦綜合評價指標體系的建立

崩礦方法的選擇,不僅要考慮到礦體自身的開采技術條件,還要考慮其他多方面的因素,比如經(jīng)濟性、安全性、技術可行性以及時間周期等[4]。然而要綜合考慮所有的因素十分困難,本文選擇崩礦方案的評價指標體系主要為出礦條件、裝備條件、勞動強度、通風條件、施工安全和技術條件,如圖1所示。

圖1 崩礦方案綜合評價體系

1.2 熵權法指標權重的確定

熵權法是根據(jù)各評價指標所包含的信息量大小來確定指標權重的一種客觀賦權法[5-6]。熵權法確定指標權重的計算步驟如下[7-9]:

(1)原始數(shù)據(jù)矩陣的同度量化[10-11]。由于各評價指標往往具有不同的量綱,為消除不同量綱帶來的不可共度性,對原始數(shù)據(jù)矩陣進行同度量化處理:

1.3 模型建立

TOPSIS法是一種經(jīng)典有限方案的多因素多指標決策分析法。其基本思想是:基于規(guī)范后的原始數(shù)值矩陣,找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案,分別用理想解和負理想解表示。理想解是一個虛擬的最優(yōu)解,它的各個指標值都達到評價對象中的最優(yōu)值；而負理想解是虛擬的最差解,它的各個指標都達到評價對象中的最差值。熵權的逼近理想解排序法綜合評價過程如圖2所示。

(1)建立決策數(shù)據(jù)矩陣。假設多指標決策問題有m個方案,每個方案有n個評價指標,組成方案集、指標集分別為:M＝(A1,A2,…,Am),(X1,X2, …,Xn),指標xij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)表示第i個方案中第j個指標值,則形成多指標決策數(shù)值矩陣:

(2)決策數(shù)據(jù)矩陣的規(guī)范化。

(3)加權規(guī)范化矩陣。

(4)確定理想解與負理想解。

式中,V+、V-分別為理想解和負理想解；J1、J2分別為效益型指標和成本型指標。

圖2 熵權TOPSIS綜合評價過程

(5)計算各方案xi與理想解和負理想解的距離。

(6)計算各方案與理想解的貼近度。方案xi與理想解的貼近度為:

2 崩礦方案優(yōu)選

2.1 崩礦方法初選

根據(jù)礦體開采技術條件以及已經(jīng)采用的采礦方法,選出兩種技術可行、經(jīng)濟合理的崩礦方案:無上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法；有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法。兩種方法的評價指標值見表1。

表1 崩礦方案評價指標值

(1)方案一:無上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法(見圖3)。在間柱采場下部硐室中央沿拉底標高掘進4.0 m×3.6 m(寬×高)的鑿巖巷至采場進路另一頭崩落線,同時在上部中段施工采場天井硐室。至天井位置施工天井,在采場進路另一頭6～10 m長距離沿南北方向切至采場南北控制線,并挑高至6 m高作為拉槽區(qū)。在拉槽區(qū)內(nèi)可以施工上向直孔,鑿巖巷內(nèi)施工向上的扇形孔,孔深8～15m,孔徑70～90 mm；排距、孔口距、孔底距可參考鐵礦施工工藝。以天井和拉槽區(qū)作自由面,先爆破拉槽區(qū),再側向分段后退式崩礦,每次崩礦后用遙控鏟運機出礦。

圖3 無上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法

(2)方案二:有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法(見圖4)。在上部增加一個硐室,硐室高度2.6m,錨網(wǎng)支護,其優(yōu)點是在出礦和充填時安全性較好,同時為崩礦提供了一個自由面。缺點為施工期較長,硐室錨護成本較高。

圖4 有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法

2.2 最優(yōu)方案確定

根據(jù)本文提出的熵權的逼近理想解排序法,對以上2種崩礦方案進行優(yōu)劣排序,具體步驟如下。

根據(jù)式(1)對各評價指標的原始數(shù)據(jù)進行同度量化處理,得到標準化矩陣:

利用式(2)～(5)得到熵權法各指標的客觀權

根據(jù)式(9)、(10)、(11)、(12)計算2個備選方案理想解和負理想解的歐式距離:

根據(jù)式(13)計算備選方案與理想解的相對貼近度,得到貼近度矩陣

根據(jù)以上的計算結果可以看出,方案二的貼近度較大,方案一的較小,說明方案二有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法是比較合適的崩礦方案。

3 結 論

(1)建立了崩礦方案的綜合評價指標體系,選取了6個綜合評價指標,對凡口鉛鋅礦的2種備選崩礦方案進行了綜合評價,得到方案一和方案二的貼近度分別為0.56467和0.93426,從而確定方案二有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側向崩礦法為較為合適的方案。

(2)該方法計算靈活簡便、科學客觀、計算結果合理,適用于礦山崩礦方案的優(yōu)選,為崩礦方案的選擇提供了一種新途徑,具有一定的借鑒作用。

[1]張木毅.凡口鉛鋅礦采礦技術的創(chuàng)新與發(fā)展[J].采礦技術, 2010(03):6-9.

[2]許春勝,許毓海.凡口鉛鋅礦18萬噠產(chǎn)的采礦對策[J].采礦技術,2007,7(3):13-14.

[3]黃沛生,羅周全.凡口鉛鋅礦深部礦床開采方法的探討[J]礦業(yè)研究與開發(fā),2002(5):15-17.

[4]史秀志,邱賢陽.凡口鉛鋅礦無底柱深孔后退式崩礦嗣后充填采礦法[J].采礦技術,2011,11(7):11-13.

[5]楊玉中,張 強,吳立云.基于熵權的TOPSIS供應商選擇方法[J].北京理工大學學報,2006,26(1):990-996.

[6]尹利平,劉金海,朱卓會.基于逼近理想解排序的采礦方法選擇[J].礦冶工程,2010,30(3):12-15.

[7]康志強,周 輝,馮夏庭,等.地下隧洞巖體質(zhì)量的可拓學理論評價[J].地下空間與工程學報,2008,4(2):259-264.

[8]黃仁東,劉 抗,仝慧賢,等.基于熵權法和理想點法的圍巖穩(wěn)定性評價[J].科技導報,2014,32(20):64-68.

[9]歐陽森,石以理.改進熵權法及其在電能質(zhì)量評估中的應用[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(21):156-159.

[10]杜 坤,李夕兵,周 健,等.采礦方案優(yōu)選的熵模糊物元決策模型[J].礦冶工程,2010,30(5):12-17.

[11]楮曉杰,嚴慧峰,周任軍,等.熵權屬性識別模型在電網(wǎng)公司綜合評價體系中的應用[J].電力科學與技術學報,2007,22 (4):56-59.

2015-03-26)

謝 勝(1968-)，男，湖南株洲人，采礦工程師，從事采礦技術管理工作，Email:xsxwz123＠163.com。