·490 北京科技大学学报 第34卷 方案选择中，为在复杂系统设计过程中把那些只能 造成约50%的矿量不能回采.从矿山生产安全、资 定性描述的模糊概念定量化提供了理论依据四，许 源回收利用及保护生态环境等多方面出发，现考虑 多学者也将模糊数学原理应用于采矿方案的优选 改用充填法进行后续矿石的回采. 中，但由于仅利用模糊数学理论无法确定复杂的指 2采矿方法模糊聚类初选 标体系的权重，权重仅通过专家的主观评审选取，带 有一定的主观性.层次分析法能够把复杂问题中的 采用模糊聚类方法初选采矿方法首先要组建一 各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化，利用 个技术可行待选方案集，然后对其集进行数据标准 数学方法确定表达每一层次全部元素的相对重要次 化和数据标定，最后进行聚类分析及检验 序，是一种较好的多目标、多准则决策问题权值确定 2.1建立待选方案集 方法B-周 由于矿石与围岩的稳定性较好，采矿方法可选 采矿方法选择一般分两步进行，首先根据矿体 范围较大，在此初步确定适合程潮铁矿的充填采矿 形态与产状、矿床地质条件初选出几种技术上可行 法主要为进路充填采矿法、分层充填采矿法、阶段空 的采矿方案，再采用数值或者数学方法进行更为细 场嗣后充填法、分段空场嗣后充填法和浅孔留矿嗣 化的优选.以往的采矿方法初选通常是采用工程类 后充填法.研究国内采用以上采矿方法的典型矿山 比法，由于矿体形态、产状和稳固性等指标本身具有 的开采技术条件，建立技术可行待选方案集如表1. 一定的不确定性和模糊性，使得初选结果具有一定 考虑进路充填法与分层充填法的适用地质条件相对 的主观性和随意性.模糊聚类分析作为一种对所研 较广，故分别列出了两组不同的数据以便更好地进 究的事物按相似程度或亲疏关系进行分类的方法， 行分类 能够反应样本间的内在组合关系，在矿业的许多方 表1采矿方法初选待选方案集 面得到广泛应用并取得了良好的效果- Table 1 Mining programs for primary election 本文尝试将采矿方法初选视为模糊分类问题来 倾角/厚度/ 稳固性 处理，以期得到更为科学的采矿方法初选结果，在此 编号 采矿方法 ()m上盘矿体下盘 基础上，采用层次分析法建立采矿方案综合评价指 分段空场嗣后充填法 58 18 0.80.80.5 标体系，客观确定各因素的权重，再通过模糊综合评 进路充填采矿法 70 26 0.20.50.2 判确定最优的采矿方案 专 进路充填采矿法 72 95 0.20.20.2 1工程地质概况 分层充填采矿法 雪 40 0.80.50.8 浅孔留矿嗣后充填法 67 8 0.20.50.2 程潮铁矿属于热液交代矽卡岩型铁矿床，范围 X6 分层充填采矿法 45 8 0.20.20.2 东起E15线，西至W16线，全长约800m.矿体形态 阶段空场嗣后充填法25 340.50.50.5 变化比较大，矿体厚度在沿矿体的走向和倾向方向 待选采矿方法 50 450.80.50.5 均有一定的变化.在走向方向上，从E15线至W1 注：矿岩稳定性分为极稳固、稳固、中等稳固、不稳固和极不稳固 线，矿体的厚度东西两端较薄，中间较厚，E2线至 五个级别，采用数据标定法，分别用1、0.8、0.5、0.2和0表示 E4线为矿体肥厚部位，至E14线以东矿体尖灭：从 W1至W16线，矿体厚度总的变化不大，但东西两端 2.2数据标准化及标定 仍较中部薄，W6线至W8线为矿体较厚部位.从 设论域U={x1,x2,…,xn}为n个待分类的对 E15线至W16线总的勘探范围看，W1线至W0线 象，每个对象有m个指标表示其性状，即x,={xa, 间，在沿倾斜方向上，矿体厚度变化的总趋势是上大 x2…,xm},i=1,2,…,n,可得到原始数据矩阵. 下小.在研究区域东区-358m~-430m阶段，矿 本文中，n=8,m=5,相应的原始数据矩阵如表1所 体最小厚度为6m,最大厚度为93m,平均厚度为45m 示.不同的数据一般有不同的量纲，必须对原始数 左右.从总的范围看，倾角由东往西呈现由缓变陡 据进行标准化处理.采用平标准差一极差变换，公式 的趋势，矿体平均走向为288°~306°，平均倾向 如下： 193°~212°，倾角在20°~65间，平均倾角为50° (1) 矿山一直沿用无底柱分段崩落法，东区己形成 证=老4花 大面积地表塌陷并严重影响到地表建筑及村庄的安 =接-min{x好} (2) 全，西区为维持选厂地表的稳定，预留了保安矿柱， max (x}-min {x北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 方案选择中，为在复杂系统设计过程中把那些只能 定性描述的模糊概念定量化提供了理论依据［4］． 许 多学者也将模糊数学原理应用于采矿方案的优选 中，但由于仅利用模糊数学理论无法确定复杂的指 标体系的权重，权重仅通过专家的主观评审选取，带 有一定的主观性． 层次分析法能够把复杂问题中的 各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化，利用 数学方法确定表达每一层次全部元素的相对重要次 序，是一种较好的多目标、多准则决策问题权值确定 方法［5--8］． 采矿方法选择一般分两步进行，首先根据矿体 形态与产状、矿床地质条件初选出几种技术上可行 的采矿方案，再采用数值或者数学方法进行更为细 化的优选． 以往的采矿方法初选通常是采用工程类 比法，由于矿体形态、产状和稳固性等指标本身具有 一定的不确定性和模糊性，使得初选结果具有一定 的主观性和随意性． 模糊聚类分析作为一种对所研 究的事物按相似程度或亲疏关系进行分类的方法， 能够反应样本间的内在组合关系，在矿业的许多方 面得到广泛应用并取得了良好的效果［9--10］． 本文尝试将采矿方法初选视为模糊分类问题来 处理，以期得到更为科学的采矿方法初选结果，在此 基础上，采用层次分析法建立采矿方案综合评价指 标体系，客观确定各因素的权重，再通过模糊综合评 判确定最优的采矿方案． 1 工程地质概况 程潮铁矿属于热液交代矽卡岩型铁矿床，范围 东起 E15 线，西至 W16 线，全长约 800 m． 矿体形态 变化比较大，矿体厚度在沿矿体的走向和倾向方向 均有一定的变化． 在走向方向上，从 E15 线至 W1 线，矿体的厚度东西两端较薄，中间较厚，E2 线至 E4 线为矿体肥厚部位，至 E14 线以东矿体尖灭; 从 W1 至 W16 线，矿体厚度总的变化不大，但东西两端 仍较中部薄，W6 线至 W8 线为矿体较厚部位． 从 E15 线至 W16 线总的勘探范围看，W1 线至 W0 线 间，在沿倾斜方向上，矿体厚度变化的总趋势是上大 下小． 在研究区域东区 － 358 m ～ － 430 m 阶段，矿 体最小厚度为6 m，最大厚度为 93 m，平均厚度为 45 m 左右． 从总的范围看，倾角由东往西呈现由缓变陡 的趋势，矿体平均走向为 288° ～ 306°，平 均 倾 向 193° ～ 212°，倾角在 20° ～ 65°间，平均倾角为 50°． 矿山一直沿用无底柱分段崩落法，东区已形成 大面积地表塌陷并严重影响到地表建筑及村庄的安 全，西区为维持选厂地表的稳定，预留了保安矿柱， 造成约 50% 的矿量不能回采． 从矿山生产安全、资 源回收利用及保护生态环境等多方面出发，现考虑 改用充填法进行后续矿石的回采． 2 采矿方法模糊聚类初选 采用模糊聚类方法初选采矿方法首先要组建一 个技术可行待选方案集，然后对其集进行数据标准 化和数据标定，最后进行聚类分析及检验． 2. 1 建立待选方案集 由于矿石与围岩的稳定性较好，采矿方法可选 范围较大，在此初步确定适合程潮铁矿的充填采矿 法主要为进路充填采矿法、分层充填采矿法、阶段空 场嗣后充填法、分段空场嗣后充填法和浅孔留矿嗣 后充填法． 研究国内采用以上采矿方法的典型矿山 的开采技术条件，建立技术可行待选方案集如表 1． 考虑进路充填法与分层充填法的适用地质条件相对 较广，故分别列出了两组不同的数据以便更好地进 行分类． 表 1 采矿方法初选待选方案集 Table 1 Mining programs for primary election 编号 采矿方法 倾角/ ( °) 厚度/ m 稳固性 上盘 矿体 下盘 x1 分段空场嗣后充填法 58 18 0. 8 0. 8 0. 5 x2 进路充填采矿法 70 26 0. 2 0. 5 0. 2 x3 进路充填采矿法 72 95 0. 2 0. 2 0. 2 x4 分层充填采矿法 55 40 0. 8 0. 5 0. 8 x5 浅孔留矿嗣后充填法 67 8 0. 2 0. 5 0. 2 x6 分层充填采矿法 45 8 0. 2 0. 2 0. 2 x7 阶段空场嗣后充填法 25 34 0. 5 0. 5 0. 5 x8 待选采矿方法 50 45 0. 8 0. 5 0. 5 注: 矿岩稳定性分为极稳固、稳固、中等稳固、不稳固和极不稳固 五个级别，采用数据标定法，分别用 1、0. 8、0. 5、0. 2 和 0 表示． 2. 2 数据标准化及标定 设论域 U = { x1，x2，…，xn } 为 n 个待分类的对 象，每个对象有 m 个指标表示其性状，即 xi = { xi1， xi2，…，xim } ，i = 1，2，…，n，可得到原始数据矩阵． 本文中，n = 8，m = 5，相应的原始数据矩阵如表 1 所 示． 不同的数据一般有不同的量纲，必须对原始数 据进行标准化处理． 采用平标准差--极差变换，公式 如下: x' ik = xik － xk sk ， ( 1) x″ik = x' ik － min{ x' ik } max{ x' ik } － min{ x' ik } ． ( 2) ·490·