基于灰色关联分析理论的采矿成本优化

2016-08-30王国英董凯程2

采矿技术 2016年4期

关键词：灰色关联分析影响因素

王国英，董凯程2

（1.中国有色矿业集团有限公司，北京 100029；2.北京矿冶研究总院，北京 100160）

基于灰色关联分析理论的采矿成本优化

王国英1，董凯程2

（1.中国有色矿业集团有限公司，北京 100029；2.北京矿冶研究总院，北京 100160）

摘要：节约采矿成本是矿山企业提高效益的关键。为了对采矿成本进行优化，运用灰色关联分析理论（GRA），以出矿量、材料费和燃油费等9个代表性的影响因素为基础对确定的3个可行性方案进行采矿成本优化分析。首先确定比较数列｛m1｝、｛m2｝、｛m3｝，每个方案各有9个指标，选出参考数列｛m0｝，运用灰色分析关联理论分别计算各因素间关联系数和各方案的关联度。对某实例矿山进行分析，得出了采矿成本优化最优方案。结果表明，应用灰色分析关联理论能够很好地对采矿成本进行优化，优化结果对实际生产有着一定的指导意义。

关键词：采矿成本；影响因素；灰色关联分析

0 引言

近几年来，全球矿业持续低迷，国际矿产品价格出现大幅度下跌。海内外大宗矿产品生产和消费减缓，部分矿产趋降。国内矿石价格持续走低，因此优化采矿工艺，降低采矿成本，提高企业利润是目前面临的一个重要研究问题。董文波、刘宝生［1］等提出对采矿工艺（爆破方法、压渣方向）优化从而节约采矿成本；贺发远［2］提出优化充填过程，节约充填成本；周培海、陈星明、李英碧［3］等人提出降低采矿贫化率和损失率，加强企业管理等来降低采矿成本。传统的采矿成本优化方法局限性大，涉及的层面较少，没有运用数据进行明确的分析比较。本文以国内某矿山为例，运用灰色关联理论，对采矿成本进行了优化。

1 采矿成本的综合评价

按采矿工艺环节分别计算，汇总成采矿成本，根据不同分类原则，采矿成本有很多分类，本次采用较为普遍的分类方法［4］。采矿成本分为材料费、动力、燃料费、生产工人工资等近20多项。根据大多数矿山统计结果，可得表1，在以上影响因素中影响采矿成本的主要因素有年出矿量、辅助材料、燃料及动力等10项。

分析表1，影响采矿成本的主要因素有如下6项。

（1）辅助材料。主要跟采矿方法有关，不同的采矿方法，采准、切割工程不同，需要的爆破材料（炸药、雷管、导火索、导爆索、钎钢、坑木、硬质合金等）不同，因此辅助材料的费用会产生一定的差异。

表1　某矿山采矿成本统计　/万元

（2）燃料及动力。动力燃料费是指生产工艺过程中消耗的电力、压气及汽油、柴油、煤油的费用。

（3）工资及福利基金。是指从事矿山生产的工人以及辅助人员工资和国家规定的企业福利经遇。

（4）外包费。是指将一定的工程量以承包的方式，承包给个人或者企业所花费的费用，包括掘进承包和设计外包等。

（5）地表塌陷治理费。地表塌陷治理费主要是指为治理采空区所花费的治理费用，包括充填费用以及地表植被覆盖费用。

（6）采矿制造费用、管理费用、销售费用。

2 灰色分析关联理论（GRA）

灰色分析关联理论（GRA）是一种多因素的关联分析法［5］，其基本思路是：

（1）确定诸个待选方案，对其中的非量化因素进行量化处理，确定各方案的比较数列；

（2）在优选出的比较数列中选出各因素的最优数据，确定参考数列；

（3）根据公式计算，比较数列与参考数列之间的关联度，比较关联度的大小，确定最优方案。

2.1确定比较数据列

在方案的选择过程中，对于提出的待选方案，通常人们要综合考虑技术、经济和安全等诸多方面来论证。因而提出一系列的指标加以评价待选方案的优劣，从中择优。但是，这些指标相互间通常是互补且无法直接对比，且可能还有许多非量化指标。

基于灰色分析关联（GRA）的方案评判，首先要构成诸方案的指标数据列如：

如其中m1，m2，…，ml分别表示1到l个方案。

其次，如果技术经济灰数指标为非量化，则需要量化处理。量化处理的方法视指标的具体性质确定。常用的无量纲化方法有初值化算子、均值化算子和区间值化算子，根据本文选取的数据的实际情况采用均值化算子，均值化的数据值为：

对于采矿成本优化的灰色分析关联系统评价问题，诸方案的所有指标值构成一个量化后的比较数列，记作：

2.2确定参考数列

基于指标的可比性和先进性，对各个方案进行评估。用GRA进行综合评价时，评价标准是各指标中的最优值，即为：

i，j，k∈［1，m］的自然数。

这里｛m0｝中的mi（1），mj（2），…，mk（n）是被比数据列中的最佳值。例如在优化采矿成本过程中，企业要求矿石产量高，成本低，安全度高。若mi（r）表示第i个方案中矿石产量，而mj（s）表示第j个方案中采矿成本，mk（t）表示第k个方案中安全度，则：

由上述数据构成的数据列｛m0｝为最优参考数据列。

2.3关联分析

根据以上的比较数列和参考数列，要求关联度，需先求关联系数，即公式［6］：

式中，经过参考查阅ρ取0.5；ξ1（k）是被比数据列｛mi｝中第k个元素｛mi（k）｝与参考数据列｛m0｝相应元素｛m0（k）｝的相对差位。为此将各个元素下的关联系数取平均ri。灰色系统理论将ri定义为被比数据列｛mi｝对参考数据列｛m0｝的关联度，即：

比较关联度的大小并排序，此排序就是诸个方案优劣的次序。根据结果得到最佳的优化方案。

3 基于某矿的实际案例分析

与国内一些类似矿山相比，本矿山的成本费用较高，其主要原因：一是该地区工资较高；二是采矿工艺相对复杂，坑内排水量较大，电力费用较高；三是由于矿山现有人员过多，间接费用如制造费用、管理费用较高。基于上述矿山的实际情况的调查和统计结果分析，由于影响采矿成本的因素有很多，在本文的采矿成本优化过程中，只采用出矿量，采准切割进尺，材料消耗费，燃油动力费，电力费，人工费，充填费用，管理费用，提升运输费等几项作为分析的主要因素。基于上述现状，提出3种可行性方案进行采矿成本的优化［1，7〛，见表2。