基于Delphi—TOPSIS法的露天矿爆破降尘方法优选研究.pdf

第 卷第 期煤炭科技 年月 收稿日期：；：基金项目：中国矿业大学卓越工程师教材建设项目（）作者简介：张宇（），男，山西保德人，工程师，年毕业于山西大同大学，现主要从事露天采矿技术工作。通讯作者：彭洪阁（），男，山东临沂人，副教授，年毕业于中国矿业大学，主要从事露天开采、边坡稳定、矿山环境保护等教学和科研工作。引用格式：张宇，刘震，彭洪阁，等 基于 法的露天矿爆破降尘方法优选研究 煤炭科技，（）：，（）：，文章编号：（）基于 法的露天矿爆破降尘方法优选研究张宇，刘震，彭洪阁，王震（山西煤炭进出口集团 河曲旧县露天煤业有限公司，山西 忻州 ；中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 ）摘要：露天矿山爆破产尘量巨大，降尘措施多种多样。针对现场实践中常用的几种爆破降尘方法的适用性问题，选取了降尘效果、增加的作业时间、对其他环节影响以及降尘成本等作为评价指标，采用 法确定各评价指标的权重系数，建立 法降尘方案选择评价模型，并利用该模型对河曲旧县露天煤矿爆破降尘方案进行优选。研究结果表明，在该矿生产条件下，水封爆破降尘为最优方案，且与矿山实际生产相吻合，同时说明采用 法用于露天矿爆破降尘方案优选决策是可靠、可行的。关键词：露天矿；爆破降尘；法；方案优选中图分类号：文献标志码：，（，；，）：，：；：“绿水青山就是金山银山”理念日益深入人心，已成为指导人们生产生活的标准和要求，生态优先、低碳环保、不以牺牲环境为代价的发展方式逐渐成为了主流。露天矿山开采在钻孔、爆破、装载、运输、排弃等生产环节均有大量粉尘产生，对生态环境造成了很大压力，因此矿山环境保护业已成为环境治 年第 期张宇，等：基于 法的露天矿爆破降尘方法优选研究第 卷理的重点工作之一，其中爆破环节产生的粉尘量尤为突出。现场统计数据表明，爆破环节产生的粉尘在所有生产环节中占比超过 ，远超其他作业环节，这也决定了其成为露天矿山粉尘控制、环境污染治理的重中之重 。根据矿山实际情况及条件选择合适的治理技术和方法，是抑制爆破粉尘的基础和关键 。爆破及粉尘治理技术方法选择时通常要考虑的影响因素有：爆破岩层（或煤层）的力学性质；节理、裂隙等结构面丰富程度；爆破岩层（或煤层）含水量；生产规划及开采工艺等矿山条件；资金条件等。爆破粉尘治理方法 主要有：煤岩层注浆湿润法、爆破区域洒水降尘法 、水雾喷洒法（包括新材料抑尘剂等）、爆炸水雾降尘法 等，其中有的是基于降低爆破对象的特性，有的是在爆破过程中降低粉尘量，有的是在爆破起尘后采取的降尘措施。国外诸多学者对露天矿山粉尘控制技术已有相对深 入 的 研 究，如 将 水溶液喷洒于爆破产尘区域，现场试验表明水溶液与粉尘颗粒相互吸附形成大颗粒液滴，在自重作用下可迅速降落至地表，从而达到降尘、控尘的目的。国内学者在粉尘控制方法方面也取得了突出成效，袁玉华 认为爆前预湿润矿体、水炮泥填塞炮孔措施可在一定程度上抑制粉尘；牟振山 在现场试验后得出结论，将水袋注满水以代替炮泥封孔，可起到抑尘的作用；管仁生 在分析露天矿深孔爆破起尘机理的基础上，认为爆炸水雾可有效降尘。上述研究成果的涌现为露天矿山爆破作业环节降尘提供了很好的思路和方法，但是在具体矿山到底采用哪种方式降尘，还没有统一的做法和要求，多数情况下需要根据矿山具体情况进行分析和优选。对于露天矿爆破环节降尘方法的选择，可采取分层序列法、目标规划法、神经网络模糊决策系统、层次分析法、定性对比法等，寻求一种客观而又简便的可应用于矿山设计与生产中的方法，在矿山生产设计人员及管理人员层面有着迫切需要。本文将尝试采用 法建立露天矿爆破环节降尘方法优选模型，并实际应用于某露天矿检验模型的合理性和有效性。法原理 法介绍多目标决策包含 个或 个以上的决策目标，一般情况下从经济效益、社会效益、环境影响及安全性等方面进行衡量。多目标决策方法有多种，其中 法是常用的有效方法之一。法是在 法的基础上，引入 法 计算评价指标权重，进而对待评对象进行评判，此方法在通过衡量评价指标权重来分析、预测生产中的一些不确定问题时具有突出优势 。用 法评价时，以各评价指标评判最大值为正理想点、最小值为反理想点，正理想点构成的向量作为最优方案，反理想点构成的向量为最劣方案；以评价对象与最优、最劣方案间的距离作为衡量指标，通过与最优、最劣方案的接近程度筛选各个方案。法评价模型建立以 指代评价对象，根据其属性特点确定 个评价指标，这 个指标即标定为决策的 个目标函数，其对应的函数权重分别为、。可建立向量函数 （）（），（），（），其中评价对象 在目标函数（）下取值为。则其指标矩阵为：，（）根据评价指标可确定正、反理想点，进而可确定评价函数，其最优解为最靠近正理想点的值。计算与正、反理想点接近距离时，首先要做如下定义：在此 维空间内，（）（），（）（）。具体采用闵可夫斯基距离法进行计算，可表达为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）值的确定与实际情况有关：时，称之为海明距离；时，称为欧氏距离；时，称为切比雪夫距离 。通常采用欧氏距离进行计算。以上述分析、条件为基础，可按照如下公式计算理想点贴近度：（）（）由式（）知：越大，则其距离正理想点越近，距离反理想点越远。应用分析 矿山概况河曲旧县露天煤矿地处黄土高原，发育大量黄 年第 期煤炭科技第 卷土冲沟，自老而新主要赋存有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系、第四系等地层，含煤地层主要为石炭二叠系的山西组和太原组，共含煤 层，煤层总厚度达 ，可采煤层为 煤至 煤。生产能力为 ，开采标高为 ，从地表到 煤层底板共划分有 个剥离、采矿台阶。煤岩台阶在采装之前需要预先松动爆破，穿孔设备选用潜孔钻机完成垂直深孔作业。具体爆破参数如图 、图 所示。图 岩石台阶爆破参数设计 图 煤台阶爆破参数设计 河曲露天矿煤岩爆破均选择非电导爆管起爆。同时，为了减少大块率以提高爆破效果，每排炮孔之间采用 微差爆破，起爆时从前排至后排依次起爆。优选指标的确定影响露天矿爆破降尘效果的因素很多，各因素之间也存在着相互耦合关系，致使爆破降尘方法的选择有标准有要求，但是没有统一答案和选择，爆破降尘方法优选以下指标变量。（）爆破降尘效果。采取各种方法、措施的目的就是降低粉尘爆破起尘浓度和数量，此项指标可直接表达爆破降尘的效果优劣程度。（）降尘施工增加的额外作业时间。一般情况下，矿山现场生产组织紧密，单独留给爆破作业环节的时间相对紧张，而爆破降尘施工的应用又挤占了部分钻孔、爆破作业时间，所以应尽可能采取各种措施，使得施工更加便利简单。（）对其他爆破环节的影响程度。尽管降尘施工是在爆破环节作业，但其施工过程会对装药、采矿、运输等环节造成一定干扰。影响程度越低，表明方案优越性越好。（）降尘措施的环保特性。爆破降尘的目的是为了保护环境，而降尘过程如果产生了新的环境污染，则表明该方案不可选。（）降尘成本。爆破降尘成本包括材料成本、施工成本等，此项指标越低表明方案优越性越突出。指标数据处理 归一化处理对各方案指标数据进行归一化处理：槡（）式中，为初始的第 （，）方案的第 （，）指标；为归一化后的第 （，）方案的第 （，）指标。正反理想点的确定在本指标体系中，降尘效果、环保特性属于正指标，即其值越大表明方案降尘特性越好；而增加的作业时间、对其他环节的影响程度、降尘成本属于逆指标，即其值越小表明方案降尘特性越好。其正反理想点确定如下。当指标为正指标时，有：（）（）（）（）（）当指标为逆指标时，有（）（）（）（）（）式中，（）、（）分别为影响评价对象的 个指标中第 个指标的正理想点值和反理想点值；（）为该指标的实际值，。基于 法确定权重邀请 位专家对各项指标进行评判，根据重要性评分 分；然后经专家意见汇总调整修改，最终确定专家打分。（）（）式中，为第 指标的评分平均值；为邀请评价专家的总人数；为第 位专家对第 指标的评分值；为第 评价指标的平均方差。年第 期张宇，等：基于 法的露天矿爆破降尘方法优选研究第 卷 （）式中，为各指标权重值，得到权重矩阵为：，（）对 位专家的评判结果进行统计分析，趋同于组，各评价指标权重见表 。表 评价指标权重 因素降尘效果增加的作业时间 对其他环节的影响程度环保特性降尘成本 故 ，。爆破降尘方案分析及优选根据前述爆破要求，结合现场爆破降尘经验，提出了 种爆破降尘方案。（）地面水袋铺设 。炮孔装药、连线完毕后，在每排炮孔间隔处铺设水袋，水袋中注水或者混有吸附药剂的溶液。借助爆破产生的冲击波挤破水袋并使溶液水滴化、雾化，捕捉吸附扬起的爆破粉尘，从而达到降尘的目的，如图 所示。图 水袋敷设降尘示意 （）爆破前爆区洒水。据现场监测，爆区表面细小岩土颗粒是爆破环节产尘的重要贡献者，因而此方案也在炮孔装药连线后实施。采用洒水车将爆区最上层洒水湿润，形成湿润表层，减少粉尘扬起。（）爆破前岩体注浆湿润。该方案的应用有一定限制条件，要求爆破煤（岩）体有一定的孔隙度和渗透性，高压注入的浆液才能更好地向周围渗透。方案实施时，要提前钻好高压注浆孔，待注浆车完成高压注浆作业后再进行正常爆破作业流程。（）水封爆破。在完成爆破装药、连线后，用设计好参数的水袋代替岩粉进行封孔填塞 。爆破瞬间水袋受爆轰作用破裂，内装的水瞬间被雾化并抛至空中，形成的水雾吸附、凝聚、捕集飞逸的粉尘，并在重力作用下降落到地面，最终达到降尘的目的，如图 所示。图 水封降尘示意 根据现场经验和实测数据，各方案的评价指标见表 ；对表 中数据进行归一化处理，可得评价指标数据，见表 ；结合表中各项数据，确定各评价指标的正、反理想点，见表 。表 爆破降尘方法优选指标 方案降尘效果增加的作业时间 对其他环节的影响程度环保特性降尘成本（元 ）方案 一般 较小较好 方案 较差 一般好 方案 较好 较大一般 方案 较好 较小较好 表 归一化后评价指标 方案降尘效果增加的作业时间对其他环节的影响程度环保特性降尘成本方案 方案 方案 方案 年第 期煤炭科技第 卷表 各评价指标的正、反理想点 方案降尘效果增加的作业时间对其他环节的影响程度环保特性降尘成本正理想点 反理想点 根据建立的 法降尘方案选择评价模型，按照公式计算各方案距离正、反理想点的距离，最终得到各方案与理想点贴近度，见表 。表 各方案的理想点贴近度 方案方案 （地面水袋铺设）方案 （爆破前爆区洒水）方案 （爆破前岩体注浆湿润）方案 （水封爆破）由表 可知，采用水封爆破方式进行降尘，其理想点贴近度最高。与其他方案相比，该方案在降尘效果明显的前提下，额外增加的作业时间短，对钻孔、装药、连线等作业程序影响较小，并且具有较好的环保、低成本等特点，说明目前矿山采用的该种方案已为最优，且 法用于露天矿爆破降尘方案优选是科学准确的。结论（）根据河曲露天煤矿生产实践，选取降尘效果、增加的作业时间、对其他环节的影响程度、环保特性以及降尘成本 个指标规划了露天矿爆破降尘方案优选指标体系，建立了 的露天矿爆破降尘方案评价模型。（）通过对该露天矿采用 法进行不同爆破降尘方案优选，确定了水封爆破降尘方案为最优，与矿山实际应用一致，表明该方法可实际应用于多方案优选决策。（）根据河曲露天煤矿现场实验，水封爆破降尘方案优于其他 种方案，是矿山环境保护的有效措施之一，可为类似露天矿山爆破降尘提供参考。参考文献（）：邢佳韵，陈其慎，张艳飞，等 新能源汽车发展下锂钴镍等矿产资源需求展望 中国矿业，（）：，（）：宋士博 露天矿山爆破降尘技术的实践分析 世界有色金属，（）：，（）：李文军，张晓华，柯升，等 露天石灰石矿山爆破降尘技术应用研究 工程爆破，（）：，（）：杜翠凤，陈胜 露天矿粉尘源强分析及贡献率实验研究 工业安全与环保，（）：，（）：蒋仲安，曾发镔，王亚朋 我国金属矿山采运过程典型作业场所粉尘污染控制研究现状与展望 金属矿山，（）：，（）：邹常富，邓有凡 采场爆破产尘规律及降尘技术研究 矿业研究与开发，（）：，（）：金龙哲，郭敬中，李刚，等 金属矿山采场爆破尘毒防控技术研究进展及展望 金属矿山，（）：，（）：，：，袁玉华 矿山应注重整体环境保护 工业安全与环保，（）：，（）：，牟振山，张连君，王宝治，等 清洁爆破技术研究及应用 黄金科学技术，（）：，（）：管仁生 露天深孔岩石爆破水雾降尘试验研究 北京：中国铁道科学研究院，（下转第 页）年第 期彭?波：基于区间决策的地下煤矿智能化建设需求分级第 卷智能化建设内容参照表 中的 类矿山智能化建设内容执行。智能化建设结果对 号、号及 号地下煤矿分别按照 类、类和 类矿山智能化建设内容进行智能化建设后，既满足了矿山企业对矿山智能化建设的需要，又没有过分增加其因智能化建设而带来的经济压力，实现了地下煤矿智能化建设的科学性和合理性。结论（）构建了地下煤矿智能化建设需求指标体系和分级评价指标。考虑到地下煤矿的各类指标数值历年在波动变化，采用区间数分析模型对地下煤矿的智能化建设需求进行分析分级。通过实证分析，该方法相对确定的点向量估计方法，可以更加客观科学地对地下煤矿的智能化建设需求进行技术经济方面的全面分析。（）由于本次分析建模收集的资料和信息有限，包括智能化建设需求分析的指标体系和分级可能并不能涵盖所有的地下煤矿，在后续应用中，应对地下煤矿的智能化建设需求的指标体系和分级进行修改完善，然后加以应用。但是区间数分析为包括地下煤矿智能化建设需求分析在内的类似问题分析提供了更加科学客观的分析方法，可以在类似问题分析中进行推广应用。参考文献（）：潘涛，赵永峰，丁涛，等 国家能源集团智能矿山建设实践与探索 中国煤炭，（）：，（）：高强 智能化煤矿信息自动化现状与建设方案 能源科技，（）：，（）：骆文辉，刘少伟，杨建军 基于灰色区间关联决策的目标威胁评估 空军工程大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：胡明礼，范成贤，史开泉 区间数决策矩阵规范化方法的性质分析 计算机科学，（）：，（）：盛海宁，赵亮，连旭磊 运用区间数逼近算法的电能质量评估研究 电力科学与工程，（）：，（）：王朝辉，王选仓，马士宾 基于区间数逼近法的路面使用性能综合评价 公路交通科技，（）：，（）：王昌衡，张贤育，戴群力 基于熵权 区间逼近的高速公路路段安全评价 公路工程，（）：，（）：檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）董浩，范天雨，田振兴，等 基于 专家法的南水北调工程运行安全风险因子优选 项目管理技术，（）：，（）：查振高，李克民，马力，等 基于 法的露天矿采区接续方案优选 中国煤炭，（）：，（）：吴颂，韩景峰，刘明朗，等 露天岩土爆破中的水介质降尘环保技术研究 采矿技术，（）：，（）：，张瑞 水间隔装药降尘爆破技术在高村铁矿的应用 现代矿业，（）：，（）：，