基于熵权法的地下矿采场凿岩机优选研究

基于熵权法的地下矿采场凿岩机优选研究

蒋文强

开阳县自然资源局  贵州省贵阳市  550300

摘要：为了在YT-27,YT-28和YSP45三种型号的凿岩机中优选出适合地下矿采区采场开采的凿岩机型号，选取凿岩机成本、凿岩速度和耗气量三个对凿岩机的选择相对较大的指标因素，使用熵权赋值计算，得到了凿岩机成本、凿岩速度和耗气量三种指标的熵权，从而确定了各种凿岩机的得分。以遵义某地下矿山潜孔爆破为例，根据矿山生产实际，研究结果表明，凿岩机成本、凿岩速度和耗气量三种指标的熵权值分别为0.1938,0.5752,0.2310，得到了YT-27,YT-28和YSP45三种凿岩机的评分，分别是459.101,460.120,1005.00，从而优选出了YSP45为适合矿山采场开采的凿岩机。

关键词：凿岩机；熵权；优选

1、引言

采矿是一个系统复杂，各种因素影像因素多的工程，涉及的工序繁多，如凿岩，爆破，产装，运输等工序，各工序需要考虑的因素也较多。因此，很多系统工程理论在采矿工程各种工序中被使用参与优选或评价。王腾[1]等使用未确知理论建立数学评价模型，对某矿山采空区评价，得出了危险程度最大的采空区。盛军坤等[2]使用层次分析法和模糊数学法，建立采矿方法评价指标体系，选出了相对最合适的采矿方法。王新民等[3]从经济、技术、安全 3 方面综合考虑影响采矿方法的评判指标，对4 种拟选的采矿方法进行综合评判优选，选出了最优的采矿方法。刘志祥等[4]采用熵权-理想点综合评判指标体系模型，对5种采矿方法进行优选，选择出了最优的采矿方法为接力退采分段充填采矿法。陈建宏[5]使用信息熵模糊物元分析法，选择采矿成本、损失率、贫化率等决策指标，计算出了3种采矿方法贴近度，确定了最优开采方法。系统工程理论对这种存在较多不确定影响因素的工程方案选择有很好的实用性。

2、熵权理论[6-9]

熵原本是一热力学概念，它最先由申农 C. E.Shannon 引入信息论 ，称之为信息熵。现已在工程技术，社会经济等领域得到十分广泛的应用。熵权法是通过计算各评价对象的熵值求得权重，进而计算出各个评价对象的最终得分。

（1）构建评价矩阵

若有m个待评价项目，n个评价原始指标，则构建原始评价矩阵R=(rij)m×n

               R=

（2）求解各指标值权重和评价对象最终得分

①根据各指标的值，计算第j个指标下第i个项目指标值比重Pij

②通过各指标值的比重，计算第j个指标的熵值Eij

③根据熵值计算第j个指标的熵权Wi

④根据权重，确定各评价对象的最终得分

3、工程实例

遵义某矿山为了降低矿石贫化率，采场工作面采用浅孔爆破，炮孔排距2.0m，孔距2.0m，孔深2.5~3.5m，采用2号岩石乳化炸药、导爆管起爆网络。现需要选择合适的凿岩机钻凿炮孔，备选的凿岩机有YT-27型、YT-28型和YSP-45型。这三种凿岩机的性能相似，都满足采场工作面凿岩要求。根据施工经验和成本考虑，影响凿岩机的主要选择因素有成本，钻凿速率和耗气量。通过查询得知，影响YT-27型、YT-28型和YSP-45型三种凿岩机的成本，钻凿速率和耗气量如下表：

表1  三种凿岩机的三种指标

（1）凿岩机成本，钻凿速率和耗气量三种指标构建评价矩阵R：

对于正向指标钻凿速率进行处理：Rj’=；

对于负向指标单价和耗气量进行处理Rj’=

通过对正向指标和负向指标的处理，其值出现了0，为了使数据计算有意义，将处理后的指标值进行平移，即 xij=xij+α。参照文献，取 α=0.0001。

则

（2）计算三种凿岩机三个指标的比重

根据公式，得到了三种凿岩机三个指标的比重：

表2  3种凿岩机的3种评价指标所占比重

（3）求各指标的信息熵

根据公式，计算出了三种指标的信息熵

表3 凿岩机成本、钻凿速率和耗气量3项指标的信息熵

（4） 确定各指标权重

根据，求得各指标的权重：

表4  凿岩机成本、钻凿速率和耗气量3项指标的权重

（5）根据各指标的权重，优选出适合本地下矿采场潜孔爆破的凿岩机

根据公式，得到了三种凿岩机的评分值。

表5  三种凿岩机的评分

YSP-45型凿岩机评分最高，因此，YSP-45型凿岩机为本地下矿采场潜孔爆破的最优凿岩机。

4、结论

（1）以遵义某地下矿山采场潜孔爆破为例，以YT-27、YT-28和YSP-45三种凿岩机，选取凿岩机成本、钻凿速度和耗气量，使用熵权法，计算出了凿岩机成本、钻凿速度和耗气量三种指标的熵值分别为0.1938,0.5752,0.2310。

（2）使用凿岩机凿岩机成本、钻凿速度和耗气量三种熵权值，计算出了YT-27、YT-28和YSP-45三种凿岩机的评分，根据评分值，优选出了YSP-45型凿岩机为遵义某地下矿采场潜孔爆破的最优凿岩机。

参考文献

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[2]盛军坤,郭灵飞,尚东等.基于层次分析法和模糊数学的采矿方法优选[J].煤炭技术，2016，35（01）：17-19.

[3]王新民,秦健春,张钦礼等.基于 AHP-TOPSIS 评判模型的姑山驻留矿采矿方法优选[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（3）：1131-1137.

[4]刘志祥，刘 强，肖思友等.基于熵权-理想点的采矿方法优选及采场稳定性研究[J].矿冶工程，2017，37（3）：1-5.

[5]陈建宏，邓伟夏.熵权模糊物元分析法在采矿方法选择中的应用[J].科技导报，2014，32（2）：30-33.

[6]刘冲昊，柳群义.基于熵权法的中国铁矿石安全评价[J].矿产保护与利用，2018，5,：86-93.

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[9]周长春，蒋 澜，赵新宇.基于 AHP 和熵权法的航空维修安全模糊综合评价[J].科技创新与应用,2018,23:1-5.

[10]薛盈杉,张军军,曾小波.基于 AHP- 熵权法的金属矿山开发利用水平综合评价研究[J].矿产综合利用，2021,4：66-72.