王 雷，胡建華，匡 也

(1.廣西華錫集團(tuán)銅坑礦， 廣西 南丹縣 547207；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

礦山開(kāi)采過(guò)程中，貧化率高、回采率低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題對(duì)礦山經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)帶來(lái)很大影響，隨著開(kāi)采進(jìn)程和市場(chǎng)變化，尋求最適合當(dāng)下的采礦工藝是礦山生產(chǎn)急需解決的一大問(wèn)題[1-2]。

工藝簡(jiǎn)單的崩落法開(kāi)采，在回采過(guò)程中形成大量采空區(qū)導(dǎo)致地表沉降，崩落圍巖和預(yù)留礦柱使得礦石的損失率和貧化率高，對(duì)金屬資源是一種極大的浪費(fèi)[3-4]，同時(shí)也對(duì)運(yùn)輸和選礦系統(tǒng)提出較高要求，大大增加成本。因此崩落法開(kāi)采尋求向充填開(kāi)采轉(zhuǎn)換是一種必然的趨勢(shì)。其可行性評(píng)價(jià)成為選擇合適的充填采礦方法的關(guān)鍵。通過(guò)未確知測(cè)度理論[5-6]可綜合考慮礦山崩落轉(zhuǎn)充填采礦方法過(guò)程中定量和定性指標(biāo)的影響。以某礦山為例，建立多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系[7-9]。驗(yàn)證崩落轉(zhuǎn)充填采礦法評(píng)價(jià)模型的有效性及可行性。

1 未確知測(cè)度模型

1.1 直線型未確知測(cè)度函數(shù)

直線型未確知測(cè)度函數(shù)應(yīng)用廣泛，效果優(yōu)異，其函數(shù)形式如下：

1.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

采用信息熵理論獲取系統(tǒng)指標(biāo)要素的權(quán)重，信息熵反映了系統(tǒng)無(wú)序化的程度。

信息熵?cái)?shù)學(xué)定義為：

式中，Ai為事件隨機(jī)獨(dú)立發(fā)生情況；p(Ai)為Ai發(fā)生的概率。

顯然 0≤vj≤1，vj是評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)識(shí)別起作用大小的“確定性”度量。繼而有：

則 wj體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與其他指標(biāo)相比所具有的相對(duì)重要程度，且wj滿(mǎn)足：0≤wj≤1，且所以wj可作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3 單指標(biāo)測(cè)度模型

1.4 綜合評(píng)價(jià)的置信度識(shí)別及排序

在崩落轉(zhuǎn)充填可行性評(píng)價(jià)中，未確知測(cè)度適用性評(píng)價(jià)空間分為3個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。分別表示可行、一般、較差。由于評(píng)價(jià)空間中的等級(jí)劃分是有序的，所以不適合釆用最大測(cè)度準(zhǔn)則對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行識(shí)別。為此，本研究引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)項(xiàng)目群的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別進(jìn)行評(píng)定。

設(shè)λ為置信度[8]（λ＞0.5，一般取λ=0.6或0.7），如果適用性級(jí)別C1＞C2＞C3＞…＞Cm}且滿(mǎn)足：

則研究對(duì)象屬于第k0個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。

令評(píng)價(jià)等級(jí)Ck對(duì)應(yīng)的分值為nk，Ck＞Ck+1代表Ck優(yōu)于Ck+1，即Ck適用性級(jí)別高于Ck+1，所以，則評(píng)價(jià)對(duì)象xi的總得分為：

根據(jù) qi大小，分別進(jìn)行穩(wěn)定性程度排序[9]。

2 可行性評(píng)價(jià)模型的建立

根據(jù)指標(biāo)選取原則和評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，構(gòu)建某礦體崩落轉(zhuǎn)充填可行性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

建立崩落轉(zhuǎn)充填法可行性評(píng)判等級(jí)集合。表示為 C={C1，C2，C3，…，Cm}。Ci代表一個(gè)級(jí)別。通過(guò)參考文獻(xiàn)研究資料，將崩落法轉(zhuǎn)充填法的可行性和適用性分為3個(gè)等級(jí)，即：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。分別表示可行、一般、較差。按評(píng)價(jià)指標(biāo)層次模型，對(duì)于生產(chǎn)成本，礦石損失率，礦石貧化率，生產(chǎn)效率等礦山實(shí)際資料收集的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集；環(huán)境污染程度，地表變形程度，安全性等采用調(diào)查問(wèn)卷的方法進(jìn)行取值，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值情況見(jiàn)表1。

圖1 崩落轉(zhuǎn)充填可行性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型

表1 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值情況

3 工程實(shí)例應(yīng)用

3.1 廣西某礦體開(kāi)采工程

該礦體開(kāi)采以來(lái)存在兩個(gè)重要突出問(wèn)題：一是崩落法回采率低，二是采場(chǎng)沿正東西方向布置，與礦體走向成一夾角，導(dǎo)致回采貧化率太高。特別西南盤(pán)區(qū)和多層分散變薄的礦體，有的采場(chǎng)圈入夾石過(guò)多，品位僅 0.2%左右，貧化率＞50%。同時(shí)，該礦體開(kāi)采漸深，工作地點(diǎn)上方存有較多采空區(qū)和垮落區(qū)，在如此環(huán)境下作業(yè)，地壓?jiǎn)栴}更加嚴(yán)重。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件允許下，選擇低貧化損失開(kāi)采工藝，改善地壓和作業(yè)環(huán)境，重新劃分采場(chǎng)布置方式適應(yīng)礦體變化，已經(jīng)成為轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。

3.2 單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的構(gòu)建

根據(jù)文中單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義及表1的數(shù)據(jù)得到單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)，得出各指標(biāo)的測(cè)量值。各指標(biāo)測(cè)度函數(shù)見(jiàn)圖2。

3.3 可行性評(píng)價(jià)過(guò)程及結(jié)果

根據(jù)實(shí)地資料收集，現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家問(wèn)卷的方式獲得礦體機(jī)械化盤(pán)區(qū)上向水平分層充填法和原崩落采礦法各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

表2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

結(jié)合表2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出崩落轉(zhuǎn)充填可行性評(píng)價(jià)單指標(biāo)測(cè)度矩陣。兩種采礦方法的單指標(biāo)測(cè)度矩陣匯總?cè)缦隆?/p>

兩種采礦方法單指標(biāo)測(cè)度矩陣和信息熵的權(quán)重計(jì)算方法計(jì)算兩種采礦方法指標(biāo)權(quán)重向量如下：

根據(jù)單指標(biāo)測(cè)度權(quán)重向量多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)向量的計(jì)算方法，可以得到兩種采礦方法的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)向量如下：

{0.6054，0.2261，0.1686}；{0.015，0.1556，0.8292}

依照置信度識(shí)別準(zhǔn)則，取置信度λ＝0.6，由求解出的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)向量和置信度排序方法，對(duì)于方案一：0.6054＞λ=0.6，可知 k0=1，即屬于Ⅰ級(jí)；方案二：0.015+0.1556+0.8292＞λ=0.9998，可知k0=3，即屬于Ⅲ級(jí)。因?yàn)?C1＞C2＞C3的有序性，對(duì)它們分別賦值為3，2，1，得出方案優(yōu)越度。

方案一優(yōu)越度：

q1=3×0.6054+2×0.2261+1×0.1686=2.437

方案二優(yōu)越度：

q2=3×0.015+2×0.1556+1×0.8292=1.1854

由此得到結(jié)果：q1＞q2，綜合評(píng)判，充填采礦法在該礦體開(kāi)采的可行性上遠(yuǎn)高于崩落采礦法。由崩落法轉(zhuǎn)為充填采礦法是可行的。既可有效提高經(jīng)濟(jì)效益，又能大幅減少環(huán)境污染、提高生產(chǎn)安全性。

4 結(jié) 論

構(gòu)建各評(píng)價(jià)指標(biāo)的定性、定量未知測(cè)度函數(shù)；以信息熵賦權(quán)方法為基礎(chǔ)計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，避免主觀因素；通過(guò)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)和權(quán)重計(jì)算，建立了崩落轉(zhuǎn)充填可行性評(píng)價(jià)的單指標(biāo)測(cè)度模型；引入置信度識(shí)別方法對(duì)兩種采礦方法的可行性進(jìn)行判別，得出采用充填法開(kāi)采的優(yōu)越度為 2.437，崩落法開(kāi)采的優(yōu)越度為 1.1854。以方案優(yōu)越度評(píng)判其可行性，最終表明該礦體崩落轉(zhuǎn)充填法采礦是可行的。