基于熵权TOPSIS法的侧向崩矿法方案优选

谢 胜

(凡口铅锌矿, 广东韶关市 512325)

基于熵权TOPSIS法的侧向崩矿法方案优选

谢 胜

(凡口铅锌矿, 广东韶关市 512325)

采用基于熵权TOPSIS方法，对凡口铅锌矿侧向崩矿方案进行优选。选取了出矿条件、装备条件、劳动强度、通风条件、施工安全和技术条件作为综合评价的指标体系。建立了基于熵权TOPSIS的优选模型，通过计算得出方案一和方案二的贴近度分别为0.56467和0.93426，由此选择方案二有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法为合适的崩矿方案。

熵权TOPSIS法；崩矿方案；评价指标体系；贴近度

0 前 言

凡口铅锌矿是一个大型铅锌矿山,年产铅锌矿石约160万t,铅锌金属量约17万t[1-3]。矿山拥有铲运机、掘进台车、上向式台车、破碎台车、天井钻机等先进的设备。但随着矿山开采强度增大,开采资源中间柱、顶底柱、边远、难采矿体占比逐渐加大。

凡口铅锌矿目前主要采用的方法有:盘区机械化水平浅孔上向分层充填采矿法；盘区机械化上向中深孔分层充填采矿法；阶段凿岩阶段崩矿法(VCR 法)。以上采矿方法中,盘区机械化水平浅孔上向分层充填采矿法采用人工持手持风钻打水平浅孔落矿,贫化损失较低,但效率低、安全风险大；盘区机械化上向中深孔分层充填采矿法采用自动接杆台车往上打3～5 m深钻孔后一次性落矿,待人工撬顶后出矿,作业较安全,但是效率不是很高；阶段凿岩阶段崩矿法(VCR法)采用在上部硐室凿岩,然后分拉槽、破顶、侧崩等步骤把几个分段高的采场矿石崩下,遥控铲运机铲出,再嗣后充填,该方法作业安全性高,但是上、下部硐室施工难度较大、准备周期长、贫化损失控制难度大。为了更加安全、高效采出矿石,较好控制贫化损失,有必要寻找一种新的采矿方法。

1 基于熵权TOPSIS模型的建立

1.1 崩矿综合评价指标体系的建立

崩矿方法的选择,不仅要考虑到矿体自身的开采技术条件,还要考虑其他多方面的因素,比如经济性、安全性、技术可行性以及时间周期等[4]。然而要综合考虑所有的因素十分困难,本文选择崩矿方案的评价指标体系主要为出矿条件、装备条件、劳动强度、通风条件、施工安全和技术条件,如图1所示。

图1 崩矿方案综合评价体系

1.2 熵权法指标权重的确定

熵权法是根据各评价指标所包含的信息量大小来确定指标权重的一种客观赋权法[5-6]。熵权法确定指标权重的计算步骤如下[7-9]:

(1)原始数据矩阵的同度量化[10-11]。由于各评价指标往往具有不同的量纲,为消除不同量纲带来的不可共度性,对原始数据矩阵进行同度量化处理:

1.3 模型建立

TOPSIS法是一种经典有限方案的多因素多指标决策分析法。其基本思想是:基于规范后的原始数值矩阵,找出有限方案中的最优方案和最劣方案,分别用理想解和负理想解表示。理想解是一个虚拟的最优解,它的各个指标值都达到评价对象中的最优值；而负理想解是虚拟的最差解,它的各个指标都达到评价对象中的最差值。熵权的逼近理想解排序法综合评价过程如图2所示。

(1)建立决策数据矩阵。假设多指标决策问题有m个方案,每个方案有n个评价指标,组成方案集、指标集分别为:M＝(A1,A2,…,Am),(X1,X2, …,Xn),指标xij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)表示第i个方案中第j个指标值,则形成多指标决策数值矩阵:

(2)决策数据矩阵的规范化。

(3)加权规范化矩阵。

(4)确定理想解与负理想解。

式中,V+、V-分别为理想解和负理想解；J1、J2分别为效益型指标和成本型指标。

图2 熵权TOPSIS综合评价过程

(5)计算各方案xi与理想解和负理想解的距离。

(6)计算各方案与理想解的贴近度。方案xi与理想解的贴近度为:

2 崩矿方案优选

2.1 崩矿方法初选

根据矿体开采技术条件以及已经采用的采矿方法,选出两种技术可行、经济合理的崩矿方案:无上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法；有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法。两种方法的评价指标值见表1。

表1 崩矿方案评价指标值

(1)方案一:无上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法(见图3)。在间柱采场下部硐室中央沿拉底标高掘进4.0 m×3.6 m(宽×高)的凿岩巷至采场进路另一头崩落线,同时在上部中段施工采场天井硐室。至天井位置施工天井,在采场进路另一头6～10 m长距离沿南北方向切至采场南北控制线,并挑高至6 m高作为拉槽区。在拉槽区内可以施工上向直孔,凿岩巷内施工向上的扇形孔,孔深8～15m,孔径70～90 mm；排距、孔口距、孔底距可参考铁矿施工工艺。以天井和拉槽区作自由面,先爆破拉槽区,再侧向分段后退式崩矿,每次崩矿后用遥控铲运机出矿。

图3 无上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法

(2)方案二:有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法(见图4)。在上部增加一个硐室,硐室高度2.6m,锚网支护,其优点是在出矿和充填时安全性较好,同时为崩矿提供了一个自由面。缺点为施工期较长,硐室锚护成本较高。

图4 有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法

2.2 最优方案确定

根据本文提出的熵权的逼近理想解排序法,对以上2种崩矿方案进行优劣排序,具体步骤如下。

根据式(1)对各评价指标的原始数据进行同度量化处理,得到标准化矩阵:

利用式(2)～(5)得到熵权法各指标的客观权

根据式(9)、(10)、(11)、(12)计算2个备选方案理想解和负理想解的欧式距离:

根据式(13)计算备选方案与理想解的相对贴近度,得到贴近度矩阵

根据以上的计算结果可以看出,方案二的贴近度较大,方案一的较小,说明方案二有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法是比较合适的崩矿方案。

3 结 论

(1)建立了崩矿方案的综合评价指标体系,选取了6个综合评价指标,对凡口铅锌矿的2种备选崩矿方案进行了综合评价,得到方案一和方案二的贴近度分别为0.56467和0.93426,从而确定方案二有上部硐室的高分段机械化台车扇形孔侧向崩矿法为较为合适的方案。

(2)该方法计算灵活简便、科学客观、计算结果合理,适用于矿山崩矿方案的优选,为崩矿方案的选择提供了一种新途径,具有一定的借鉴作用。

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2015-03-26)

谢 胜(1968-)，男，湖南株洲人，采矿工程师，从事采矿技术管理工作，Email:xsxwz123＠163.com。