·1116 北京科技大学学报 第36卷 源等方面，同时也要考虑采矿方法本身对环境带来 析法及熵值法属于客观赋权法，虽然避免了主观因 的污染和破坏，是一个多因素、多目标决策的复杂系 素的干扰，但应用时需要大量的样本数据，不适应于 统工程问题 采矿方法优选这种预测性决策中因.本文以金山店 对于多目标决策问题而言，决策指标的选取及 铁矿采矿方法优选为工程背景，在构建多目标决策 权重的确定具有举足轻重的地位，决策结果是否科 指标体系的基础上，采用组合赋权的思想集结层次 学合理，很大程度上取决于这两项工作的客观合理 分析法、模糊判断矩阵及德尔菲法法三种赋权方法 性.近20年来国内外采矿工作者积极寻求新的途 所得到的单一权重，以提高采矿方法优选的科学合 径，采用不同的现代数学方法对采矿方法优选的指 理性 标选取及权重确定问题进行了有益的探讨P-习.然 1工程地质概况 而，采矿方法的优选目前还没有形成较为完整的理 论体系，尚有许多不足之处，从优选指标的选取来 金山店张福山铁矿床西起罗咸益第3勘探线， 看，大多数采矿工作者都把注意力集中在技术经济 东经张福山至李道士52勘探线，东西长3500m,南 指标上，只有极少数的学者考虑到了安全、环境、资 北宽1000m,面积约3.5km2,属接触交代矽卡岩型 源等因素对采矿方法选择的影响：从指标权重的确 矿床.I号和Ⅱ号矿体是张福山矿床的两个主要矿 定看来，都是采用单一的主观权重确定方法，确定结 体，均属于急倾斜、多层、中厚矿体，具有岩石夹层 果随机性较大，缺乏科学性 多，矿体和夹层厚度变化大的特点；块状和浸染状磁 目前指标权重确定方法主要有层次分析法(an- 铁石属于中等稳固，粉状磁铁石松软破碎极不稳固 alytic hierarchy process,AHP)、模糊判断矩阵法、德 (I号矿体粉矿占27.15%，Ⅱ号矿体粉矿占 尔菲法(Delphi)、主成分分析法、熵值法等.其中， 37.94%),如表1所示.考虑到块状和浸染状磁铁 层次分析法、模糊判断矩阵及德尔菲法法属于主观 石所占比例较大，约占总开采矿量的65%以上，本 赋权法，易于应用，但存在一定的主观性，处理不妥 次研究主要针对稳定性中等稳固的块状与浸染状矿 当时往往会夸大或降低某些指标的作用：主成分分 体采用组合权重进行采矿方法选择. 表1张福山和矿旷床开采技术条件 Table 1 Technical mining condition of Zhangfushan iron ore deposit 矿体赋存条件 围岩条件 矿体 矿体厚 倾角/ 走向矿石品 上盘 下盘 矿石稳固性 度/m () 长1m位/% 名称 稳固性 名称 稳固性 0.18-83.96 50-85 块状、浸染状、粉状磁铁石： 矽卡岩、泥质黑云 石英闪长岩、 I号 2690 43.11 中等稳固 中等稳固 平均24.50平均69 中等稳固~极不稳固 母角岩、粉砂岩 大理岩 0.70-131.3150~81 块状、浸染状、粉状磁铁石：矽卡岩、泥质黑云 石英闪长岩、 Ⅱ号 1020 39.02 中等稳固 中等稳固 平均26.00 平均67 中等稳固~极不稳固 母角岩、粉砂岩 大理岩 张福山矿床以25勘探线的中央主井为界，划分 联分析，综合考虑采矿方法技术可行性、矿山经济效 为东、西两个矿区，均采用无底柱分段崩落法开采 益、矿产资源的回收利用程度、劳动生产效率、回采 西区地表早己形成塌陷坑，并采用废石进行回填处 工作面安全程度、环境保护程度等多个方面因素，通 理：东区从2007年开始出现地表塌陷，塌陷的速度 过Delphi咨询统计及反复修改，将定性与定量、成 和范围远超出了预测，严重影响到地表建筑及村庄 本与收益、效率与安全等各个指标因素集成起来，以 的安全，一度造成东区开采的完全停止.矿山从生 整体最优为目标，构建了一个多层次、多耦合的，由 产安全、保护生态环境等多方面出发，考虑改用充填 低层详细表述到高层决策、特征提取和评估的采矿 法进行后续矿石的回采 方法优选多目标决策指标体系，如图1所示 该指标体系共包括三层：目标层(A)为最优采 2 构建多目标决策指标体系 矿方法；准则层(P)为技术因素P,、经济因素P2、资 为进行全面科学的决策，首先需要建立合理的 源利用率P,、劳动生产率P,、安全因素P,和环境效 评价指标体系，通过对金山店铁矿及国内典型地下 应P。:指标层包括矿体稳固性x1、矿体倾角x,等18 金属矿山的生产流程调查及流程中各环节指标的关 个指标.北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 源等方面，同时也要考虑采矿方法本身对环境带来 的污染和破坏，是一个多因素、多目标决策的复杂系 统工程问题． 对于多目标决策问题而言，决策指标的选取及 权重的确定具有举足轻重的地位，决策结果是否科 学合理，很大程度上取决于这两项工作的客观合理 性． 近 20 年来国内外采矿工作者积极寻求新的途 径，采用不同的现代数学方法对采矿方法优选的指 标选取及权重确定问题进行了有益的探讨［2 － 5］． 然 而，采矿方法的优选目前还没有形成较为完整的理 论体系，尚有许多不足之处． 从优选指标的选取来 看，大多数采矿工作者都把注意力集中在技术经济 指标上，只有极少数的学者考虑到了安全、环境、资 源等因素对采矿方法选择的影响; 从指标权重的确 定看来，都是采用单一的主观权重确定方法，确定结 果随机性较大，缺乏科学性． 目前指标权重确定方法主要有层次分析法( an￾alytic hierarchy process，AHP) 、模糊判断矩阵法、德 尔菲法( Delphi) 、主成分分析法、熵值法等． 其中， 层次分析法、模糊判断矩阵及德尔菲法法属于主观 赋权法，易于应用，但存在一定的主观性，处理不妥 当时往往会夸大或降低某些指标的作用; 主成分分 析法及熵值法属于客观赋权法，虽然避免了主观因 素的干扰，但应用时需要大量的样本数据，不适应于 采矿方法优选这种预测性决策中［6］． 本文以金山店 铁矿采矿方法优选为工程背景，在构建多目标决策 指标体系的基础上，采用组合赋权的思想集结层次 分析法、模糊判断矩阵及德尔菲法法三种赋权方法 所得到的单一权重，以提高采矿方法优选的科学合 理性． 1 工程地质概况 金山店张福山铁矿床西起罗咸益第 3 勘探线， 东经张福山至李道士 52 勘探线，东西长 3500 m，南 北宽 1000 m，面积约 3. 5 km2 ，属接触交代矽卡岩型 矿床． Ⅰ号和Ⅱ号矿体是张福山矿床的两个主要矿 体，均属于急倾斜、多层、中厚矿体，具有岩石夹层 多，矿体和夹层厚度变化大的特点; 块状和浸染状磁 铁石属于中等稳固，粉状磁铁石松软破碎极不稳固 ( Ⅰ 号 矿 体 粉 矿 占 27. 15% ，Ⅱ 号 矿 体 粉 矿 占 37. 94% ) ，如表 1 所示． 考虑到块状和浸染状磁铁 石所占比例较大，约占总开采矿量的 65% 以上，本 次研究主要针对稳定性中等稳固的块状与浸染状矿 体采用组合权重进行采矿方法选择． 表 1 张福山矿床开采技术条件 Table 1 Technical mining condition of Zhangfushan iron ore deposit 矿体 矿体赋存条件 围岩条件 矿体厚 度/m 倾角/ ( °) 走向 长/m 矿石品 位/% 矿石稳固性 上盘 下盘 名称 稳固性 名称 稳固性 Ⅰ号 0. 18 ～ 83. 96 平均 24. 50 50 ～ 85 平均 69 2690 43. 11 块状、浸染状、粉状磁铁石: 中等稳固 ～ 极不稳固 矽卡岩、泥质黑云 母角岩、粉砂岩 中等稳固 石英闪长岩、 大理岩 中等稳固 Ⅱ号 0. 70 ～ 131. 31 平均 26. 00 50 ～ 81 平均 67 1020 39. 02 块状、浸染状、粉状磁铁石: 中等稳固 ～ 极不稳固 矽卡岩、泥质黑云 母角岩、粉砂岩 中等稳固 石英闪长岩、 大理岩 中等稳固 张福山矿床以 25 勘探线的中央主井为界，划分 为东、西两个矿区，均采用无底柱分段崩落法开采． 西区地表早已形成塌陷坑，并采用废石进行回填处 理; 东区从 2007 年开始出现地表塌陷，塌陷的速度 和范围远超出了预测，严重影响到地表建筑及村庄 的安全，一度造成东区开采的完全停止． 矿山从生 产安全、保护生态环境等多方面出发，考虑改用充填 法进行后续矿石的回采． 2 构建多目标决策指标体系 为进行全面科学的决策，首先需要建立合理的 评价指标体系． 通过对金山店铁矿及国内典型地下 金属矿山的生产流程调查及流程中各环节指标的关 联分析，综合考虑采矿方法技术可行性、矿山经济效 益、矿产资源的回收利用程度、劳动生产效率、回采 工作面安全程度、环境保护程度等多个方面因素，通 过 Delphi 咨询统计及反复修改，将定性与定量、成 本与收益、效率与安全等各个指标因素集成起来，以 整体最优为目标，构建了一个多层次、多耦合的，由 低层详细表述到高层决策、特征提取和评估的采矿 方法优选多目标决策指标体系，如图 1 所示． 该指标体系共包括三层: 目标层( A) 为最优采 矿方法; 准则层( P) 为技术因素 P1、经济因素 P2、资 源利用率 P3、劳动生产率 P4、安全因素 P5和环境效 应 P6 ; 指标层包括矿体稳固性 x1、矿体倾角 x2等 18 个指标． · 6111 ·