露天矿开拓系统优化一直是矿山生产的关键要素, 对露天矿山正常生产起着指导性作用。一个合理优化的开拓系统, 对矿山企业经济效益、降低生产成本等都具有重要的作用。
滦县司家营露天矿分为南北两期, 南部为一期司家营铁矿, 北部为二期研山铁矿。目前矿山剥岩欠账, 剥岩强度不均衡, 两矿的开拓运输系统未综合考虑, 过渡衔接问题逐渐显现出来。
从司家营铁矿采场现状看, 司家营一期采场在上盘由南向北已形成临时运输公路;二期在去岩石破碎站处, 及采场的中部已形成一条临时的运岩公路, 均是不得已的措施, 临时公路的存在也将影响今后上盘的推进和靠帮。因此本文采用模糊综合评判和层次分析法评价了司家营铁矿露天开拓运输系统, 综合考虑各种因素对开拓运输系统的影响, 根据矿山的运输重心和实际情况合理调整和布置开拓运输系统。
1 层次分析法原理
层次分析法[1,2,3]Theanalytichierarchyprocess) 简称AHP, 在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯·塞蒂 (T.L.Saaty) 正式提出。它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于本世纪70年代初, 在为美国国防部研究"根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配"课题时, 应用网络系统理论和多目标综合评价方法, 提出的一种层次权重决策分析方法。运用层次分析法确定指标权重的基本步骤如下:
1.1 建立层次结构模型
在分析实际问题的基础上, 将有关的各个因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次, 同一层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响, 同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用。[4]
1.2 构造成对比较阵
从层次结构模型的第2层开始, 对于从属于 (或影响) 上一层每个因素的同一层诸因素, 用成对比较法和1—9比较尺度构追成对比较阵, 直到最下层。[5,6,7]:
1.3 计算权向量并做一致性检验
对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量, 利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过, 特征向量 (归一化后) 即为权向量:若不通过, 需重新构追成对比较阵。
1.4 计算组合权向量并做组合一致性检验
计算最下层对目标的组合权向量, 并根据公式做组合一致性检验, 若检验通过, 则可按照组合权向量表示的结果进行决策, 否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比较阵。
2 司家营铁矿开拓系统优化模型应用
2.1 确定评价对象
根据矿体赋存条件、露天开采现状、经济等因素提出了四个开拓系统优化方案。即:X={x1, x2, x3, x4) }={方案一, 方案二, 方案三, 方案四}。
2.2 选取评价指标
基于矿山企业的特殊性, 指标选取既要满足经济性也要尽量降低对社会环境的影响。因此, 充分分析评价指标后, 选取投资、汽车运距、设备运营费用, 新增设备投资四个指标作为综合评价指标, 即有U={u1, u2, u3, u4}={投资, 设备运营费, 汽车运距, 新增设备投资}。
2.3 构建模糊评价矩阵
分析影响司家营铁矿开拓系统优化的因素之后, 一般评价等级分为v1-v3三个等级, 可以构成评判矩阵V= (v1, v2, v3) 。对每个方案进行单因素评价, 建立隶属函数后最终计算出单因素评价模糊向量Rin。评估司家营铁矿开拓系统的单因素评价如表1。
注:rij为单因素的评价解.
其中, i表示影响司家营铁矿开拓系统的评价指标, 取i=1-4;n表示评价方案代号。R1n-R4n组成的矩阵构成模糊综合评价矩阵:
2.4 确定权值
运用层次分析法 (Ap H) 确定出权重, 经过相关专家分析判断所选因素的重要性, 最终构成判断矩阵A′。
用乘方根方法求解, A′的最大特征值为4.096, 相应的特征向量为A= (0.27, 0.56, 0.06, 0.11) 。并进行一致性检验后得到四个因素的权重系数为:A= (0.27, 0.56, 0.06, 0.11) 。
2.5 建立评价模型
各个因素的权重集合与单因素模糊评判矩阵构成模糊评价模型:
B为模糊评价向量结果, B={b1, b2, b3}。
运用加权平均法把向量B单值化处理, 这样使各方案的评价结果向量的分析对比更加清晰。公式为:
其中, 单值化结果An;bj为模糊评价向量B中的第j个元素;j为元素序号;元素个数m=3;单值化系数k=2。对评判矩阵V进行赋值, 单值化阈值和评判结果的关系的建立如表2
3 司家营铁矿开拓系统优化应用模型
3.1 计算并汇总基础数据
结合司家营铁矿矿山生产实际, 依据投资经济性、设计规范性, 计算不同开拓系统优化方案的因素指标, 最终汇总如表3
3.2 建立模糊关系矩阵R
运用折线型隶属函数法对每个因素进行单因素评价, 整理出4个方案的模糊关系矩阵, 具体数据如表4所示.
注:R的第一个下标表示第一个因素, 第二个下标表示评价对象.
3.3 模糊评价结果向量
把数据代入计算后, 整理出每个方案的评价向量结果:B1= (0.06, 0.1232, 0.8168) ;B2= (0.67, 0.1803, 0.1497) ;B3= (0.27, 0.1119, 0.6181) ;B4= (0, 0.2401, 0.7653) , 最后计算得出每个方案评价向量结果单值化数值, 计算结果如下:A1=2.7565;A2=1.4797;A3=2.3481;A4=2.7761。
3.4 最终优化结果
分析单值化结果知:A2在1和2之间, 属于v1 (好) 级别;其它在2-3之间, 为靠近v2 (中) 的评价级别.所以优化评价结果确定A2是最优方案。
4 结语
露天开采开拓系统优化是矿山生产实际当中很重要的一个课题, 是矿山安全、经济、稳定高效持久发展的重要影响因素, 本文运用现代数学理论模糊层次分析法, 充分结合技术、经济、安全等因素等因素对司家营铁矿露天开采开拓系统优化方案进行优化评价, 建立模型, 确定出最优开拓系统优化方案。结果表明, 模糊层次分析法为矿山决策提供有利的理论依据, 使司家营铁矿露天开采开拓系统优化方案的确定更具科学性和合理性。
摘要：以司家营铁矿为例, 利用模糊层次分析法来建立开拓系统优化选择模型, 首先从众多影响开拓系统中选取4个较为重要的因素, 再利用层次分析法确定各因素的权重, 最后采用模糊决策评选出最为合适的开拓系统。结果表明, 采取该模式选取的开拓系统具有一定的科学性和实用性。
关键词：司家营,开拓运输,层次分析法,优化
参考文献
[1] 朱茵, 孟志勇, 阚叔愚.用层次分析法计算权重[J].北方交通大学学报, 1999年05期.
[2] 吕跃进.基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法的排序[J].模糊系统与数学, 2002年02期.
[3] 吕斌, 谢安国.层次分析法在钢铁生产能耗分析中的应用[J].鞍山钢铁学院学报, 2001年05期.
[4] 露天采矿技术.陈国山, 冶金工业出版社, 2008.03.
[5] 方先明, 唐德善.一类方案评价模型[J].重庆工学院学报, 2003年03期.
[6] 张吉军.刘先涛.模糊互补判断矩阵的三种排序方法比较研究[A].2003中国控制与决策学术年会论文集[C], 2003年.
[7] 宋光兴.多属性决策理论、方法及其在矿业中的应用研究[D].昆明理工大学, 2001年.