基于可變權(quán)重理想點法的露天礦初始拉溝位置確定

郭強

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

基于可變權(quán)重理想點法的露天礦初始拉溝位置確定

郭強

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

根據(jù)礦山的開采境界，依據(jù)露天礦拉溝位置的選擇原則以及該礦山的特殊地質(zhì)地形條件提出了3種首采區(qū)及拉溝位置方案，建立了含7種評價指標的評價體系，引入基于可變權(quán)重的理想點法建立的分析評價計算模型，求解得出各方案的理想點距離和貼近度，按照貼近度取值標準確定了最優(yōu)的首采區(qū)及拉溝位置方案。

露天礦；拉溝位置；多目標決策；可變權(quán)重理想點法

0 引 言

露天礦在圈定境界后，合理規(guī)劃首采區(qū)及拉溝位置是首要考慮因素，它們的位置確定對露天礦的初期生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益還有后續(xù)采區(qū)接續(xù)等問題有著十分重要的影響，其決策的合理性直接影響著露天礦的基建工程量、基建投資、投達產(chǎn)的時間和礦山生產(chǎn)的接續(xù)及均衡[1－2]。由于決定首采區(qū)及拉溝位置的影響因素很多，通過傳統(tǒng)的經(jīng)驗法、單指標評價方法很難確定最優(yōu)方案，所以通過多目標決策[1]以及模糊數(shù)學(xué)等理論研究確定首采區(qū)及拉溝位置有很重要的意義。

定量、全面、合理的確定首采區(qū)及拉溝位置是對露天礦初期經(jīng)濟效益的保證，基于可變權(quán)重的理想點法是一種有效的解決多目標決策分析問題的方法，其是根據(jù)有限個評價對象與理想化目標的接近程度進行排序的方法，是在現(xiàn)有的對象中進行相對優(yōu)劣的評價方法[4-5]。在介紹礦山概況的基礎(chǔ)上，根據(jù)開采境界范圍，依據(jù)露天礦拉溝位置的選擇原則以及該礦的特殊地質(zhì)地形條件提出了3個首采區(qū)及拉溝位置方案，確定了多指標規(guī)劃內(nèi)容，建立基于可變權(quán)重的理想點法計算模型，結(jié)合實際情況并通過模型評價最終得出最優(yōu)的首采區(qū)及拉溝位置方案。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)位置及煤層賦存情況

Adi Coal礦區(qū)位于印度尼西亞共和國蘇門答臘省南部，Sungai Lilin行政管理區(qū)內(nèi)。礦權(quán)范圍內(nèi)的地形近乎平坦，最低海拔是9 m，最高海拔是64 m。平均海拔是30.55 m。共賦存有13個煤層，其中部分煤層存在分叉，分叉厚度變化在0.15～4.78 m。煤層走向NW-SE，傾向SW-NE。煤層厚度變化在0.27～2.85 m，煤層最大傾角小于10°，通常為2°～5°。礦權(quán)范圍及煤層露頭情況如圖1所示。

圖1 礦權(quán)范圍及煤層露頭情況

1.2 露天礦開采境界

露天礦開采境界確定原則：考慮礦田附近地形地貌邊界、河流、村莊和石油（氣）輸送管道等限制條件；繪制Adi Coal礦區(qū)的剝采比等值線；境界剝采比不大于其經(jīng)濟合理剝采比。

圈定的露天礦開采境界如圖2所示，東部最終確定的地表境界距離石油（氣）輸送管道的安全距離為200 m（東北方位）。南部最終確定的地表境界距離村莊的安全距離為25 m。西部最終確定的地表境界距離村莊的安全距離為250 m。北部最終確定的地表境界不超出礦權(quán)范圍。深部是由多個煤層組成的復(fù)合底板，該復(fù)合底板由S13、S12L和S11L煤層組成。露天礦地表境界東西平均寬度為2.93 km，南北平均長度為3.25 km，面積為10.3 km2。

圖2 露天開采地表境界

2 拉溝位置方案

根據(jù)已經(jīng)圈定的開采境界，按照首采區(qū)及拉溝位置選擇的一般原則，并且考慮地形地質(zhì)條件、剝采比等值線等因素，提出了3種首采區(qū)及拉溝位置方案，設(shè)計生產(chǎn)能力為2.0 Mt/a。

1）方案1。將開采境界劃分為南、北2個采區(qū)，首采區(qū)布置開采境界南部，拉溝位置在首采區(qū)東南側(cè)，推進方向是由東南到西北，剩余部分為二采區(qū)，首采區(qū)向二采區(qū)過渡形式為緩幫過渡。具體劃分方式及位置如圖3所示。

圖3 拉溝位置方案1

2）方案2。將開采境界劃分為東、西2個采區(qū)，首采區(qū)布置開采境界東部，拉溝位置在首采區(qū)南側(cè)，推進方向是由南向北，剩余部分為二采區(qū)，首采區(qū)向二采區(qū)過渡形式為重新拉溝。具體劃分方式及位置如圖4所示。

圖4 拉溝位置方案2

3）方案3。將開采境界劃分為東、西2個采區(qū)，首采區(qū)布置開采境界西部，拉溝位置在首采區(qū)南側(cè)，推進方向是由南向北，剩余部分為二采區(qū)，首采區(qū)向二采區(qū)過渡形式為重新拉溝。具體劃分方式及位置如圖5所示。

圖5 拉溝位置方案3

3 可變權(quán)重理想點法計算模型

3.1可變權(quán)重的理想點法

由于存在多種不同因素會對首采區(qū)及拉溝位置的確定產(chǎn)生影響，而且各種因素的重要性又不盡相同，在應(yīng)用理想點法時還必須考慮各指標的重要性，即權(quán)重，所以不同因素指標要賦予不同的權(quán)重才能保證各指標的差異性，這樣在標準理想點法的基礎(chǔ)上，改變原始的權(quán)重賦值方法提出了基于可變權(quán)重的理想點法[3]。

對指標權(quán)重的確定要考慮2個方面的因素：①不同因素對首采區(qū)及拉溝位置的影響程度，可由層次分析法確定，為主觀權(quán)重（常權(quán)）；②在常權(quán)基礎(chǔ)上，考慮同一指標的不同數(shù)值對首采區(qū)及拉溝位置的影響程度，可以由變權(quán)公式體現(xiàn)。

3.2 模型建立及計算步驟

1）建立評價指標矩陣及其標準化。對于一個評價對象R，有n個評價指標，評價指標按照實際情況取值，以表示第i個指標的取值，表示第i個指標的權(quán)重，則評價對象R的指標矩陣可寫為：

通過式（2）的變換可以得出標準化之后的評價對象R的指標矩陣如下：

2）確定指標權(quán)重。首先采用層次分析法[5]確定主觀權(quán)重αi(0)，反映了不同指標在同等條件下對評價對象的影響程度，然后采用求加權(quán)平均值的方法確定指標權(quán)重，均衡函數(shù)的變權(quán)公式如下：

式中：αi表示第i個指標的綜合權(quán)重；αi(0)表示第i個指標的主觀權(quán)重；yi以表示第i個指標的標準化取值；a表示變權(quán)類型控制系數(shù)，當(dāng)0≤ a＜1時，為懲罰型變權(quán)，當(dāng)a＞1時，αi為獎勵型變權(quán)，當(dāng)a= 1時，αi為常權(quán)。

3）確定正理想點和負理想點。將正理想點表示為fi*（+），負理想點表示為fi*（－）則：

式中：fi（y）表示指標值，fi（y）=Y。

4）確定理想點評價函數(shù)及貼近度。對于指標yi，其越接近于正理想點，越遠離負理想點，則說明指標越好。本文采用歐氏距離法作為理想點評價函數(shù)，即到正、負理想點的距離分別為：

理想點貼近度計算方法：

T是0與1之間取值，越接近1說明方案越優(yōu)，越接近0說明越差。

4 模型求解及最優(yōu)方案確定

根據(jù)該礦山的實際情況，結(jié)合上述3個方案即評價對象，建立了含有7個相關(guān)因素指標的初始拉溝位置確定的評價體系[6]，各評價對象的指標矩陣見表1。

根據(jù)表1中的指標量綱和數(shù)量級均存在差異，為了避免其對評價結(jié)果的影響，需要對各指標進行標準化處理，以使各指標取值在0～1，同時滿足各指標的等級標準完全一致，所以按照公式（2）可以得到各指標的標準化結(jié)果，見表2。

表1 初始拉溝位置確定的指標參數(shù)

表2 指標數(shù)值的標準化

首先采用層次分析法確定主觀權(quán)重αi(0)，得到的結(jié)果分別是：α1(0)=0.169 1、α2(0)=0.081 7、α3(0)=0.197 8、α4(0)=0.241 1、α5(0)=0.123 5、α6(0)=0.068 2、α7(0)= 0.118 6，再結(jié)合表2中的標準化數(shù)值，根據(jù)式（4）計算綜合權(quán)重，代入式（3）中可計算出加權(quán)規(guī)范化向量。由于大多數(shù)評價指標標準值越小對初始拉溝位置的確定影響越大，因此采用懲罰型變權(quán)，變權(quán)系數(shù)a取0.8，計算結(jié)果見表3。

表3 指標數(shù)值的規(guī)范化向量

結(jié)合表3，按照公式（5）計算出各指標因素的正理想點和負理想點見表4，各個方案的理想點距離和貼近度見表5。

5 結(jié)論

1）將可變權(quán)重的理想點法引入到露天礦首采區(qū)及拉溝位置的評價中，將多因素指標綜合比選問題定量化，克服了人工多因素比選的主觀性，使評價結(jié)果更加科學(xué)合理。

2）每個露天礦都具有其特殊性，在選擇評價指標因素時需要根據(jù)實際需要進行選取，選取個數(shù)也可以根據(jù)需要進行增減。

3）建立了基于可變權(quán)重的理想點法計算模型，引入7個指標因素進行分析并參與計算，通過計算最終確定方案1為理想的首采區(qū)及拉溝位置。

表4 各指標參數(shù)的正負理想點

表5 各個方案的理想點距離和貼近度

［1］ 王忠鑫，鄧瑞杰，李慧智．露天礦首采區(qū)及拉溝位置方案OV-AHP評價模型［J］．煤炭工程，2012（S2）：87-90．

［2］ 劉東旺，寧保軍．奧塔烏克日什東露天煤礦首采區(qū)拉溝位置的確定［J］．露天采礦技術(shù)，2010（4）：7-9．

［3］ 許開立，王永久，陳寶智．多目標模糊評價模型與評價等級計算方法［J］．東北大學(xué)學(xué)報，2001（5）：568-571．

［4］ 黃利文．逼近理想點的主成分分析法及其應(yīng)用［J］．?dāng)?shù)理統(tǒng)計與管理，2013（6）：1013-1019．

［5］ 劉華偉．基于可變權(quán)重理想點法的邊坡穩(wěn)定性評價［J］．水電能源科學(xué)，2014（5）：101-104．

［6］ 李文明．哈爾烏素露天煤礦首采區(qū)及拉溝位置的選擇［J］．露天采礦技術(shù)，2008（6）：11-12．

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Determination of initial trenching position based on ideal point method with variable weight in open-pit mine

GUO Qiang
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the mining state,the selection principles of open-pit mine trenching position and the special geological condition,the article puts forward three kinds of first mining area trenching position schemes,and establishes seven evaluation system of evaluation indicators.The article establishes the analysis and evaluation model based on the ideal point method with variable weight,obtains the ideal point distance and closeness degree,according to the similarity value standard to determine the optimal first mining area trenching position.

open-pit mine;trenching position;multi-objective decision;ideal point method with variable weight

TD216

B

1671－9816（2017）06－0023－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.007

郭強.基于可變權(quán)重理想點法的露天礦初始拉溝位置確定［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：23-26.

2017-02-22

郭 強（1990—），男，遼寧錦州人，助理工程師，碩士，2015年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，主要從事采礦工程設(shè)計工作。