浅谈基于模糊数学理论的采矿方法选择

张晓鹏

（国投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001）

矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是国家经济起飞的首要条件及经济实力的重要标志，是生产力构成的主要因素之一。采矿方法的选择对安全生产、提高矿石产量、降低矿石损失率和贫化率、提高劳动生产率和降低成本等具有重要影响，关系到矿山的效益甚至矿山的生存和发展。采矿方法的选择又是一项复杂的系统工程，矿床地质条件和矿体赋存条件与采矿方法之间是一个复杂的非线性关系。传统的采矿方法难以适应复杂多变的地质条件以及难以准确预测和定量描述其他因素，基于此本文提出了用模糊数学理论来优选采矿方法。选出的采矿方法在一定程度上能够克服主观性和随意性，具有良好的科学性，并能为矿山企业选择采矿方法提供可靠的理论依据。

1 传统的采矿方法选择技术

传统的采矿方法选择主要分为三步，首先根据矿床地质特征和采矿技术条件初选可行方案，然后进行技术积极分析，若比较的方案之间差异不明显，需要进行细致的综合分析选出最优的采矿方法。该方法依靠人的经验，主观随意性较大，结果比较主观、片面，缺乏科学性。因此，需要综合采矿领域多位专家的经验，并运用科学理论将经验决策上升到科学化的决策水平，实现采矿方法的优化选择。

2 现代采矿方法

2.1 基于数学及计算机技术的采矿方法

近代数学及计算机技术的发展是发展当代科学技术的理论基础，采矿方法的选择只有运用了近代数学及计算机技术才能上升到科学的高度。近年来，很多专家学者对此进行了深入研究并提出了运用模糊数学选择采矿方法，运用灰色关联分析选择采矿方法，运用灰色局势决策选择采矿方法，运用多目标决策选择采矿方法，运用价值工程选择采矿方法以及运用人工智能选择采矿方法等。

灰色理论选择采矿方法包括灰色关联分析和灰色局势决策，该方法可以克服采矿知识的不完全性和非确知性，但是没考虑到方案中各目标、各因素的相对重要程度，不符合实际情况；多目标决策选择采矿方法各目标权重的确定具有一定的人为因素。权重确定的正确与否直接决定着决策结果是否合理。因而，此法得出的结果可能会与实际情况不符；运用价值工程，主要考虑的是经济技术指标，选择的采矿方法不能很好的适应矿床地质开采技条件。人工智能主要采用专家系统，但是专家系统仍存在着知识获取的"瓶颈"，知识"窄台阶"，推理能力弱，智能水平低，系统次少，适用性差等问题。

模糊数学法：运用模糊数学选择采矿方法没有明确遵循的选择准则，主要选择依据是各种地质技术条件。首先，初选一些采矿方法，确定这些采矿方法所要求的地质技术条件；然后，列出拟选址采矿方法的矿山的地质技术条件，计算并确定它们与初选采矿方法所要求的地质技术条件之间的模糊相似程度，选择出条件最近似的采矿方法。

模糊数学还可以用来预测采矿方法将取得的技术经济指标。首先，列出本矿山的地质技术条件，再收集一些采用同样采矿方法的其他矿山的地质技术条件，对它们进行模糊聚类。聚类时，与本矿山近似程度最高的矿山取得高权值，其余矿山按聚类近似程度排序依次取较低的权值；然后将各矿山用这种采矿方法取得的技术经济指标加权平均，得到本矿上采样这种采矿方法可能取得的技术经济指标。

2.2 模糊数学选择采矿方法的优点

模糊数学中所指的模糊现象，是指某些客观事物之间的差异，在中间过渡时所呈现的"不分明性"，这种客观事物之间的"不分明性"在模糊数学上称之为"模糊约束"或"模糊目标"。采矿过程中，影响采矿方法选择的因素众多，矿体形态、产状、规模、矿岩物理力学性质、矿石价值、水文地质条件、采矿过程中的安全和对地表的影响程度等都具有模糊性。反之，采矿方法不仅对地下资源的回收程度、投资大小、劳动生产率高低和矿石开采成本等主要技术经济指标有影响，而且还影响着工作安全、生产规模、矿石加工的经济效果。因此，采矿方法的选择是一个典型的模糊决策问题。

采矿方法的选择，主要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。在采矿方法评价过程中，特别是当矿体开采技术条件比较复杂，可供选择的采矿方法在技术经济上优劣不明显时，选择者因受知识水平、业务能力、经验丰富程度的影响所做出的决策，不可避免地带有个人的主观意念，甚至做出错误决策。由于采矿工程特殊复杂的客观条件，采用技术经济评价法作为采矿方法选择的最终手段，有其局限性，要达到全面、准确的择优效果是困难的。模糊数学原理，则提出了新的决策方法，为采矿方法的选择提供了一种新的途径。矿体处于复杂的构造应力场中，其开采技术条件具有极大的模糊性、随机性和未知性，因而，在进行采矿方法方案选择时，也存在着诸多影响因素的模糊性和随机性。在运用模糊数学对采矿方法进行优选时，可以将采矿过程中的各种模糊或主观因素转化为数学形式，量化分析各方案的评价指标，使方案的评价和选择更科学、合理、可靠。

3 优选采矿方法

3.1 优化的采矿方法选择步骤和方法

步骤和方法的优化：运用数学模型和计算机技术对采矿方法选择的步骤和方法进行优化，见图1。技术上可行的采矿方法方案用专家系统的计算机程序选出。优劣难分的采矿方案用价值工程法、综合评价系数法或模糊数学等数值法选出。对于优劣难分的采矿方法方案的结构参数和工艺参数，以经济效益等作为优化准则建立数学模型求解，求得最优采矿方法。

图1 优化的采矿方法选择步骤和方法

3.2 优选采矿方法使用范围

运用近代数学和计算机技术的优选采矿方法，使得选择采矿方法的决策具有一定的科学性，但该类方法也有适用范围，以下两个方面就不适用数学优选：

（1）特殊的矿床条件

岩金矿山主要是含金石英脉型矿床，且多数为薄与极薄矿体。此类矿床开采技术条件，一般矿岩较稳固或稳固，可供选择的采矿方法单一，只有全面法或者削壁充填法，不适用数学优选采矿方法。

（2）矿山生产条件

我国岩金矿山达数百座，但大多数为中小型矿山，其生产能力200t／d上下，且多数是薄或极薄矿脉，品位不高，资金有限，机械化程度低。此类矿山开采缺乏资金购置先进机械设备，无能力建立填充系统，技术力量和管理经验也相对不足，所以只适用常规采矿方法，并加以改进以提高生产能力，降低采矿损失率、贫化率指标，改善企业经营状况。

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