基于模糊数学与层次分析法的铁矿采矿研究

刘妍妮

摘要：矿产对于我国发展以及建设十分重要，但是因为我国正处于高速发展阶段，所以对矿产的需求量大幅度上升，此时为了满足现代矿产需求，就必须对采矿方法进行改善。传统矿山采矿方法为经验类比法，即根据历史资料来找到矿床，再根据矿床来进行采矿，该方法在现代矿产量有限的条件下，其准确率、效率都不满足实际需求，因此文章将结合模糊数学、层次分析法，围绕铁矿分析采矿新方法。

关键词：模糊数学;层次分析法;铁矿采矿

中图分类号：TD853.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）09-0026-04

采用新方法采矿在本文研究中，首先根据模糊数学的特点来建立才可模型，其次结合层次分析法得到正确的采矿方法，这一过程当中介于模糊数学、层次分析法的客观性，可以确保最终结果具有较高科学性与可靠性，相比于传统经验类比法，说明文章方法有效，且能够改善传统经验类比法的缺陷，例如主观偏见、较大误差等。

1实例概况

因在不同的采矿环境当中，采矿方法会出现差异，所以无法一概而论，为此，文章将结合实例来进行分析。某实例矿山的矿体结构分为直属顶板、矿区主体、直属底板，其中直属顶板有船山组、下二叠统栖霞组可溶岩组成，且为结合顶板地质表现数据，说明该区域为整个区域内的主要含水层，针对顶板的地质结构来看，其自上而下由大理岩、泥质灰岩等岩体组成，特征上具有岩溶发育明显、富水性强、厚度较大的特点;矿区主体上，其主要呈现出层次明显的特点，走向为NE，根据实例测量得知，该矿区主体的长度约为3000m、矿体倾角为40°-70°、倾斜方向为NW，且有延伸表现、均值厚度为22m、垂直高度为720m;直属底板上，其主要由砂岩、辉绿岩组成，整体结构表现出岩性致密、坚硬的特点，说明底板稳固性良好，可以进行铁矿开采。

2模糊数学概述与采矿方法模型建立

集合论是模糊数学成立的根本，其对于模糊数学而言十分重要，因为在集合论条件下能够将数学的抽象能力扩大，使其触及人类对某些事物认识的过程深处。那么在模糊数学条件下，需要采用集合的方法来表面概念的含义，再对照概念当中包含的集合关系，利用计算方法来进行判断、推理。这种数学方法的应用，在某种角度上可以给选择人提供强有力的数据支撑。铁矿开采是一项十分复杂的工作，其涉及到地质特征、地质变化、矿产走向、矿产深度、安全条件、施工难易度等等，根据这些信息，矿业单位必须对采矿方法进行选择，如果方法错误，会导致采矿效率地下、环境危险性提高等等问题，所以需要采用模糊数学发来进行选择。

在本质上模糊数学是一种计算具有随机性，但随机范围有限目标的方法，在采矿当中，因为地质环境中的变数很多，所以符合这一特征，说明模糊数学可以被应用。在应用当中，首先根据模糊数学的相似优先比的理论要求，先建立评价指标体系，得到采矿方法选择的逻辑规则，之后根据规则，对各指标进行数值设定，此时就得到了相应的数学模型。

3层次分析法影响因素权重确认

3.1比较标度确认

在常规条件下，先引入层次分析法的比较标准，具体如表1所示。

对表1内容进行说明：如果最终结果为偶数，则代表结果位于两个相邻因素中间。

3.2比较矩阵确认

根据表1内容，依照定义得到比较矩阵A，A的表达式如公式（1）所示。

4模糊综合评判

在模糊数学基础上，借助模糊原理对系统涉及因素、方案的集成以及矩阵、权重分配向量进行判断，判断分为4个步骤，即因素集u和方案集A建立、评价集建立、隶属矩阵R、综合评价指标体系设立。

4.1因素集U和方案集A建立

因素集u的表达式见公式（7）、方案集的表达式见公式（8）。

4.3隶属矩阵R

在隶属矩阵R建立当中，必须先确认条件中是否存在定量指标与非定量指标，但在本文分析背景下，这两个指标同时存在，那么就需要采用不同的方法来对此进行确认。针对定量指标，本文采用隶属函数来确定其隶属度;针对非定量指标，本文采用二元对比定权法来进行确认。

在定量指标隶属度确认当中，首先针对n个方案的m个指标构建得到特征值矩阵，特征值矩阵表达式见公式（11），式中i=1，2….，m;i=1，2….n。根据结果可以得到收益指标与消耗指标的数值，收益指标越高则说明目标可靠性越好。

根据公式（12）进行对比得到各指标的模糊语气算子，最终对照表2语气算子与定量标度相对隶属度关系，得到非定量指标的隶属度。

4.4综合评价指标体系设立

综合评价指标体系如表3所示。

在上述三个步骤基础上，通过模糊数学原理来进行综合评价。首先结合实例条件，针对其不同的采矿方法进行对比，根据各方法的表现来得到最优方法。实例当中主要采用的方法有：对于实例铁矿矿体在技术上可行的采矿方法有分段凿岩阶段空场法、分段凿岩分段出矿空场法以及无底柱分段崩落采矿法。此外，综合指标体系设立结果见表3。

5确定隶属矩阵

通过上述分析得到了综合评价方法，那么下文将结合实例，采用相同方法来进行评价。结合上述表3综合指标体系内容，针对实例三个方法来决定各方法的隶属度，具体方法分为两个步骤，内容如下。

5.1步骤一

设指标体系当中存在9个定量指标，那么这9个指标的集成表达式见公式（13）。

结合公式（12）对三个方法的表现进行评价，并选出其中最优方法。首先对照公式（12）确认方案集A的综合评判向量，表达式如公式（15）。

公式（15）：B=WR=（0.95660.76740.8765）

結果显示：分段凿岩阶段空场法的最优表现为95.66%;分段凿岩分段出矿空场法的最优表现为76.74%;无底柱分段崩落采矿法的最优表现为87.65%，由此说明采用分段凿岩阶段空场法是实例矿山铁矿开采的最优方法。

6结语

文章主要对基于模糊数学与层次分析法的铁矿采矿进行了分析，分析围绕模糊数学、层次分析法，分为5个部分展开相关工作，通过文章分析得出的结论：因不同矿产采矿条件不同，所以不能一概而论，需要结合实际条件来展开分析;采矿方法对于采矿工作的质量以及安全性具有较大影响，所以有必要对方法进行选择;模糊数学是一种计算具有随机性，但随机范围有限目标的方法，在采矿当中具有较高的应用价值;结合层次分析法得到最大特征根;针对最大特征根，结合模糊数学综合评价指标体系确认评价方法;采用上述方法对实例进行评价，确认分段凿岩阶段空场法是实例矿山铁矿开采的最优方法。