謝 勝

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

基于熵權(quán)TOPSIS法的側(cè)向崩礦法方案優(yōu)選

謝 勝

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

采用基于熵權(quán)TOPSIS方法，對凡口鉛鋅礦側(cè)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(fēng)條件、施工安全和技術(shù)條件作為綜合評價的指標(biāo)體系。建立了基于熵權(quán)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(cè)向崩礦法為合適的崩礦方案。

熵權(quán)TOPSIS法；崩礦方案；評價指標(biāo)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(shè)備。但隨著礦山開采強度增大,開采資源中間柱、頂?shù)字⑦呥h、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(fēng)鉆打水平淺孔落礦,貧化損失較低,但效率低、安全風(fēng)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(cè)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(zhǔn)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(quán)TOPSIS模型的建立

1.1 崩礦綜合評價指標(biāo)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(shù)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(shù)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(biāo)體系主要為出礦條件、裝備條件、勞動強度、通風(fēng)條件、施工安全和技術(shù)條件,如圖1所示。

圖1 崩礦方案綜合評價體系

1.2 熵權(quán)法指標(biāo)權(quán)重的確定

熵權(quán)法是根據(jù)各評價指標(biāo)所包含的信息量大小來確定指標(biāo)權(quán)重的一種客觀賦權(quán)法[5-6]。熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)都達到評價對象中的最差值。熵權(quán)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(shè)多指標(biāo)決策問題有m個方案,每個方案有n個評價指標(biāo),組成方案集、指標(biāo)集分別為:M＝(A1,A2,…,Am),(X1,X2, …,Xn),指標(biāo)xij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)表示第i個方案中第j個指標(biāo)值,則形成多指標(biāo)決策數(shù)值矩陣:

(2)決策數(shù)據(jù)矩陣的規(guī)范化。

(3)加權(quán)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(biāo)和成本型指標(biāo)。

圖2 熵權(quán)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(shù)條件以及已經(jīng)采用的采礦方法,選出兩種技術(shù)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(cè)向崩礦法；有上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側(cè)向崩礦法。兩種方法的評價指標(biāo)值見表1。

表1 崩礦方案評價指標(biāo)值

(1)方案一:無上部硐室的高分段機械化臺車扇形孔側(cè)向崩礦法(見圖3)。在間柱采場下部硐室中央沿拉底標(biāo)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)向崩礦法

2.2 最優(yōu)方案確定

根據(jù)本文提出的熵權(quán)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(biāo)的原始數(shù)據(jù)進行同度量化處理,得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣:

利用式(2)～(5)得到熵權(quán)法各指標(biāo)的客觀權(quán)

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(jié)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(cè)向崩礦法是比較合適的崩礦方案。

3 結(jié) 論

(1)建立了崩礦方案的綜合評價指標(biāo)體系,選取了6個綜合評價指標(biāo),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(cè)向崩礦法為較為合適的方案。

(2)該方法計算靈活簡便、科學(xué)客觀、計算結(jié)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(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J].采礦技術(shù), 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(shù),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(shù),2011,11(7):11-13.

[5]楊玉中,張 強,吳立云.基于熵權(quán)的TOPSIS供應(yīng)商選擇方法[J].北京理工大學(xué)學(xué)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(xué)理論評價[J].地下空間與工程學(xué)報,2008,4(2):259-264.

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

[9]歐陽森,石以理.改進熵權(quán)法及其在電能質(zhì)量評估中的應(yīng)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(yán)慧峰,周任軍,等.熵權(quán)屬性識別模型在電網(wǎng)公司綜合評價體系中的應(yīng)用[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(shù)管理工作，Email:xsxwz123＠163.com。