基于AHP法的大万矿业竖井工业场地总平面布置方案优化

吴翔伟

（1.长沙矿山研究院有限责任公司；
2.金属矿山安全技术国家重点实验室）

采选工业场地总平面布置直接关系到企业近期得经济效益、生产效率，远期的建设和规模扩大。总平面不合理、工艺流程不顺畅，将导致能耗增加，生产效率降低，不安全因素增加［1-2］。目前，国内学者对总平面布置做了大量的研究，马少维等［3］采用优选数学模型，在复杂物料条件下，选择了合适的采选工业场地；
王建伟等［4］以某银矿为例，详细分析了矿山4个工业场地的布置；
翟串梅［5］将层次分析法应用于总平面方案比选中，通过构建层次分析模型，实现了最优方案选择；
李丹等［6］从原料运输、景观设计等方面提出了现代化选矿厂的优化布置；
李晶［2］从平面布局、竖向设计、管网综合、指标综合等，多方面分析了建筑企业总平面设计要点；
韩永强［7］针对某铁矿存在的矿石多次转运、场地利用率不高、已征地范围偏少的问题，优化了总平面布置及工艺流程。

在矿山总平面布置方面，已有较多的学者进行了分析研究，但是对于需要改扩建的矿山，新建工业场地的总平面方案比选优化方面的文章较少。本文以大万矿业新建罐笼竖井工业场地为例，在进行工业场地本身的总平面布置的同时，考虑与已有选厂、道路、运输的衔接，运用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）建立了方案评选模型，得到了可靠的评价结果，为类似工业场地总平面布置方案的选择及优化提供参考。

大万矿业在矿权南部建设了1 000 t/d 杨洞源选厂，矿山现有剪刀冲和白荆2 个工区，从矿区到选厂只有村级公路，运输距离超过4 km，路况差，且运输车辆噪音、扬尘对周边百姓带来一定影响，井下运输方案完全避免了地面运输的缺点，同时运输线路短，运营成本低。经过方案比选，设计决定采用井下矿车有轨运输方案，矿石分别从白荆矿区和剪刀冲矿区由架线式电机车牵引翻转式矿车组，通过-120 m矿石主运输大巷，运输至竖井附近，再由罐笼竖井提升至地表。

杨洞源选厂原矿仓顶标高234 m，原矿仓向北地形标高由234 m 逐渐降低为180 m；
原矿仓南侧是以原矿仓为高点形成的边坡，坡底标高169.5 m；
原矿仓东侧地形最高标高280 m，到达高点后再向东侧逐渐降低至140 m。原矿仓北侧、南侧地势较低，不适合布置竖井，设计将拟建竖井布置在原矿仓东南侧山坡约118 m处，距离短，便于提升上来的矿石运至原矿仓。

场地位于半山腰，没有受到洪水、内涝的干扰根据现场工程勘测报告，本场地基稳定性好，适宜作为建（构）物的场地［8-9］。

2.1 布置原则

总平面布置与工艺要求、地形条件、交通、防排洪等多种要求相关，本次方案研究遵循以下原则：

（1）应保证井下提升的矿石顺畅、便捷地运至选厂。该竖井净直径为5.0 m，提升高度为360 m，采用双层双罐笼互为平衡，JKMD2.25×4 I 多绳摩擦提升机，矿石从明竖井提升，通过转运胶带或者窄轨铁路运输。

（2）场地布置应简洁、规整。各设施均围绕竖井布置，主要布置有井口房、提升机房、空压机房、办公楼、材料库、机修及地表运输窄轨线路等。

（3）考虑填挖零线的影响，零线以东、以南为挖方，以北、以西为填方，设施尽量布置在挖方地段，减少地基处理费用。

（4）选择高效、便捷的运输方案。提升及运输能力为1 400 t/d，环形轨道运输比折返式运输效率高，本方案考虑采用环形轨道运输［10-11］。

2.2 总平面布置方案

根据场地地形地貌及工艺要求，设计了2个总平面布置方案，从投资、技术、管理等方面进行分析比较，方案平面布置见图1、图2。

（1）方案1选用南北向布置，胶带转运。总平面布 置方式为出车方向南北向；
井口房南北向布置；
提升机房布置在竖井东侧；
主要设施均布置在挖方地段；
场地高于原矿仓顶5m，便于转运矿仓布置。运输方式采用窄轨、胶带联合运输，环形轨道运输，轨距600 mm，设置地表转运矿仓，采用胶带转运至原矿仓。

（2）方案2 选用东西向布置，窄轨运输方案。总平面布置方式为出车方向为东西向；
井口房东西向布置；
提升机房布置在竖井南侧；
主要设施均布置在挖方地段；
场地标高与原矿仓顶标高一致，方便轨道线路布置。轨道段运输同方案1，曲轨卸载至溜槽，溜槽卸载至原矿仓。其中轨道运输经过原矿仓段需要架空，架空高度10 m，架空段长约35 m。

3.1 评价指标体系及主要技术经济指标

层次分析法（AHP）是一种将定量和定性相结合的方法，适用于某些复杂的、难以定量分析的问题。层次分析法的基本思想是将所有的分析问题进行分层，针对问题的本质与所要实现的总体目标，将问题分为不同的组成要素，并按照这些要素的关联影响，即其隶属关系，将不同层面的要素进行组合，从而形成一个多层次的分析结构；
最后，对问题进行优劣比较排序［12-13］。

对竖井工业场地从平面布局、矿石运输、投资3个层面，将复杂的问题层分解为3 层共10 个要素，如图3。

（1）目标层：最佳总平面布置方案A。

（2）准则层：平面布局B1、矿石运输B2、可比投资B3。

（3）指标层：占地面积C1、布置整洁C2、场地安全C3、场地防排洪C4、运输便捷C5、矿石卸载稳定C6、与汽车运输协调性C7、检修便利性C8、运输系统可比投资C9、土石方工程量C10。

（4）方案层：方案1D1、方案2D2。

根据确定好的指标体系，收集整理2个方案实际资料，确定主要技术经济指标见表1。

3.2 指标层权重及一致性检验

通过将每层间的各项因素进行比对，根据表2判断标度量化，确定其相互关系。

本文通过AHP 法分别确定指标层、准则层的分布权重及总体权重。首先进行专家调查，构建每一层内及总体层间的判断矩阵，每次取2 个因素Fij和Fji，按1～9的比例来度量：

其次，构建准则、指标、方案层矩阵，构造矩阵后，利用和积法或方根法，计算出每个判断矩阵的权重向量及最大特征值λmax。

最后，进行一致性检验。考虑到在打分过程中决策者的主观影响，尤其是在需要评价的目标较多，两两比较的时候，可能会出现矛盾，例如在总平面C1中，若指标C1比C2重要、C2比C3重要，两两比较时候出现了C3比C1重要的结果，则该判断矩阵指标互相矛盾，逻辑上行不通，因此要进行一致性检验，计算一致性比例CR，当CR≤0.1时，通过一致性检验。

式中，CI 为一致性指标；
λmax为最大特征值；
n为比较因素的数量；
CR 为一致性比例，RI 为平均随机一致性指标（表7）。

计算分析结果见表8，通过表8分析，一致性比例CR≤0.1，所有结果均通过一致性检验。

3.3 层次总排序

通过总排序可以得到指标层每个元素相对于目标层（最佳总平面布置方案）的组合权重，从上到下逐层排序，同样也需要对总排序结果进行一致性检验，评价体系指标层总排序及方案层总排序见表9。

通过表9可以得出，矿石卸载稳定C6指标权重达到0.376 4，是重点关注项；
占地面积C1的指标权重0.013 9，对于方案的影响最小；
方案1（D1）的权重（0.713 5）远大于方案2（D2）的权重（0.286 5），最终优选方案1，井口房南北向布置，矿石采用环形轨道、胶带联合运输，经胶带转运至原矿仓。目前，该竖井及场地已投入生产，环形轨道运输效率高，运输流程顺畅，矿石卸载安全稳定，场地布置整洁，满足生产经营要求。

（1）本文将复杂的问题有序分解为平面布置、矿石运输、建设投资4 层共10 个要素，基于层次分析建立方案评价指标体系，分析结果表明方案1（D1）的权重（0.713 5）远大于方案2（D2）的权重（0.286 5），优选出最佳总平面布置方案是方案1。

（2）罐笼竖井选择在选厂原矿仓东侧的山坡，矿石提升至地表后通过窄轨运输，曲轨卸载至地表转运矿仓，振动放矿机放矿后，胶带转运至选厂原矿仓，方案设计安全可靠，目前该竖井及场地已投入生产，满足生产运输要求。

（3）层次分析法适用于一些难以定量分析的问题，总平面方案选择、厂址方案优化通常是定性和定量相结合的综合分析，因此层次分析法在研究此类问题中具有明显优势。

猜你喜欢选厂平面布置原矿4月份全国铁矿石产量同、环比双降矿山安全信息(2022年15期)2023-01-156月份我国铁矿石原矿产量为9871.1万t 同比增长9.2%矿山安全信息(2022年23期)2022-11-24张福荣原矿彩釉作品欣赏陶瓷科学与艺术(2021年8期)2021-10-15原矿土钻井液室内评价与应用钻井液与完井液(2019年4期)2019-10-10鞍钢弓长岭选厂反浮选原料物相分析及难选原因中国矿业(2019年4期)2019-04-16基于仿真技术的信号平面布置验证铁道通信信号(2019年2期)2019-03-26浅谈选厂常见挡土墙设计消费导刊(2018年10期)2018-08-20110kV户外GIS变电站总平面布置优化中国工程咨询(2017年8期)2017-01-31宁夏地区全(半)户内变电站总平面布置探讨中国工程咨询(2016年5期)2016-02-14高频振网筛在180 万t/a 选厂的运用及实践新疆钢铁(2015年2期)2015-11-07