層次分析法礦區(qū)建設(shè)工作方案

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1引言

銅鐵礦位于長江流域的多雨地區(qū)，年降雨量較大，伴隨著礦山工程的發(fā)展，需要對露天礦坑排水方案進一步系統(tǒng)研究。即從防排水方式、防排水設(shè)備到防排水系統(tǒng)的布置全方位地驗證分析，以期尋求并不斷完善防排水方案，結(jié)合露天、地下聯(lián)合開采對應(yīng)的時空變化特點，提高其應(yīng)變能力。在多種方案的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在的問題是如何對尚未付諸實施的科學(xué)構(gòu)想出的方案及涉及的重大技術(shù)決定在實施前進行全面的科學(xué)論證以確定最優(yōu)的防排水方案，確保礦山的安全生產(chǎn)。

2方案描述及模型構(gòu)筑

2.1方案簡述

根據(jù)露天礦坑的空間形態(tài)、涌水來源、涌水量等條件，采用截、排結(jié)合，減少涌入露天坑底部的水量。其原則是：能在地表攔截的地表水盡量不讓其流入坑內(nèi)；能在坑內(nèi)上部攔截的水不讓其流入坑底。

遵循上述原則，在-64m以上截洪，采用截洪溝攔截的地表徑流水匯積在境界內(nèi)的某個標(biāo)高，然后將其排到地表境界外。結(jié)合這種截洪方式，提出了4個排水方案，同時分析了各個方案的優(yōu)、缺點。

方案1：露天臺階積水池接力排水方案。該方案是在露天境界內(nèi)的臺階上按一定的高差設(shè)置積水池，安裝排水泵，將匯集的洪水分段接力揚送至地表境界外。其優(yōu)點是能夠充分利用排水設(shè)備，缺點是坑底淹沒時間較長。總投資309.75萬元，平均日電費12360元。

方案2：露天臺階積水池和坑底匯水直接排水方案。該方案是將露天境界內(nèi)臺階上截洪溝攔截的洪水和坑底匯集的洪水均直接排至地表境界外。其優(yōu)點是坑底淹沒時間短，2個系統(tǒng)相互獨立，管理方便，缺點是投資大。總投資394.75萬元，平均日電費16560元。

方案3：地下排水方案。即利用二期工程﹣185m中段南風(fēng)井回風(fēng)道中設(shè)井下水泵房。該方案優(yōu)點是開采作業(yè)與排水作業(yè)互不影響，缺點是建設(shè)周期長，地下巷道縱橫交錯，一旦充水后，必然對地下開采構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。總投資296.5萬元，平均每日電費30000元。

方案4：露天地下聯(lián)合排水方案。該方案既要在露天臺階上修筑截洪溝和積水池，又要如同方案3設(shè)地下水泵房。與方案3相比其優(yōu)點是減少了坑底的匯水量，降低了對地下開采作業(yè)的威脅；缺點更為突出，投資更大，需要建2套排水系統(tǒng)。總投資376.25萬元，平均每日電費8600元。2.2排水方案選擇的層次分析

礦區(qū)排水系統(tǒng)的建設(shè)是一個復(fù)雜的工程，方案選擇中既要考慮到礦區(qū)本身的地質(zhì)構(gòu)造，保證礦區(qū)安全和開采正常進行，又要具有較好的經(jīng)濟技術(shù)可行性。這是一個定性與定量相結(jié)合的問題，所以利用一般的決策方法難以很好解決。而層次分析方法是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。它是將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量問題的行之有效的方法。

層次分析法（AnalyticHierarchyProcess簡稱AHP）是將決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進行定性和定量分析的決策方法。該方法是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于本世紀(jì)70年代初，在為美國國防部研究"根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻大小而進行電力分配"課題時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評價方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。這種方法的特點是在對復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法。尤其適合于對決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計量的場合。

在現(xiàn)實世界中，往往會遇到?jīng)Q策的問題，比如如何選擇旅游景點的問題，選擇升學(xué)志愿的問題等等。在決策者作出最后的決定以前，他必須考慮很多方面的因素或者判斷準(zhǔn)則，最終通過這些準(zhǔn)則作出選擇。比如選擇一個旅游景點時，你可以從寧波、普陀山、浙西大峽谷、雁蕩山和楠溪江中選擇一個作為自己的旅游目的地，在進行選擇時，你所考慮的因素有旅游的費用、旅游地的景色、景點的居住條件和飲食狀況以及交通狀況等等。這些因素是相互制約、相互影響的。我們將這樣的復(fù)雜系統(tǒng)稱為一個決策系統(tǒng)。這些決策系統(tǒng)中很多因素之間的比較往往無法用定量的方式描述，此時需要將半定性、半定量的問題轉(zhuǎn)化為定量計算問題。層次分析法是解決這類問題的行之有效的方法。層次分析法將復(fù)雜的決策系統(tǒng)層次化，通過逐層比較各種關(guān)聯(lián)因素的重要性來為分析、決策提供定量的依據(jù)。

層次分析法的基本步驟：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型。在深入分析實際問題的基礎(chǔ)上，將有關(guān)的各個因素按照不同屬性自上而下地分解成若干層次，同一層的諸因素從屬于上一層的因素或?qū)ι蠈右蛩赜杏绊懀瑫r又支配下一層的因素或受到下層因素的作用。最上層為目標(biāo)層，通常只有1個因素，最下層通常為方案或?qū)ο髮樱虚g可以有一個或幾個層次，通常為準(zhǔn)則或指標(biāo)層。當(dāng)準(zhǔn)則過多時(譬如多于9個)應(yīng)進一步分解出子準(zhǔn)則層。

（2）構(gòu)造成對比較陣。從層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開始，對于從屬于(或影響)上一層每個因素的同一層諸因素，用成對比較法和1—9比較尺度構(gòu)追成對比較陣，直到最下層。

（3）計算權(quán)向量并做一致性檢驗。對于每一個成對比較陣計算最大特征根及對應(yīng)特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗。若檢驗通過，特征向量(歸一化后)即為權(quán)向量：若不通過，需重新構(gòu)追成對比較陣。

（4）計算組合權(quán)向量并做組合一致性檢驗。計算最下層對目標(biāo)的組合權(quán)向量，并根據(jù)公式做組合一致性檢驗，若檢驗通過，則可按照組合權(quán)向量表示的結(jié)果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比率較大的成對比較陣。

3應(yīng)用實例

3.1建立層次結(jié)構(gòu)模型

礦區(qū)要建設(shè)配套的排水系統(tǒng)，方案層有4種方案可供選擇，即C1露天臺階積水池接力排水方案、C2露天臺階積水池和坑底匯水直接排水方案、C3地下排水方案、C4露天地下聯(lián)合排水方案。中間層為準(zhǔn)則層，其選擇最優(yōu)方案的原則是：投資小，經(jīng)營費用低；坑底淹沒時間短；充分利用地下排水設(shè)備；開采的安全性有保障。最高層為目標(biāo)層。建立相應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)模型。

3.2構(gòu)建判斷矩陣

采用“1-9標(biāo)度法”，對某一層次中所有元素，以所屬的上一層次中某元素為準(zhǔn)則進行兩兩比較，確定一個表示相對重要度的數(shù)據(jù)aij。以此類推，可構(gòu)成一個矩陣即判斷矩陣A。該判斷矩陣有如下的特性：aij>0，aij=1/aji，aii=1（i,j=1,2…n）