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1引言

銅鐵礦位于長(zhǎng)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(duì)露天礦坑排水方案進(jìn)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(yàn)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(kāi)采對(duì)應(yīng)的時(shí)空變化特點(diǎn)，提高其應(yīng)變能力。在多種方案的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在的問(wèn)題是如何對(duì)尚未付諸實(shí)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(shí)施前進(jìn)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(jiǎn)述

根據(jù)露天礦坑的空間形態(tài)、涌水來(lái)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(gè)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(gè)排水方案，同時(shí)分析了各個(gè)方案的優(yōu)、缺點(diǎn)。

方案1：露天臺(tái)階積水池接力排水方案。該方案是在露天境界內(nèi)的臺(tái)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(yáng)送至地表境界外。其優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用排水設(shè)備，缺點(diǎn)是坑底淹沒(méi)時(shí)間較長(zhǎng)?？偼顿Y309.75萬(wàn)元，平均日電費(fèi)12360元。

方案2：露天臺(tái)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(tái)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(diǎn)是坑底淹沒(méi)時(shí)間短，2個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，管理方便，缺點(diǎn)是投資大?？偼顿Y394.75萬(wàn)元，平均日電費(fèi)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(diǎn)是開(kāi)采作業(yè)與排水作業(yè)互不影響，缺點(diǎn)是建設(shè)周期長(zhǎng)，地下巷道縱橫交錯(cuò)，一旦充水后，必然對(duì)地下開(kāi)采構(gòu)成嚴(yán)重的威脅?？偼顿Y296.5萬(wàn)元，平均每日電費(fèi)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(tái)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(diǎn)是減少了坑底的匯水量，降低了對(duì)地下開(kāi)采作業(yè)的威脅；缺點(diǎn)更為突出，投資更大，需要建2套排水系統(tǒng)?？偼顿Y376.25萬(wàn)元，平均每日電費(fèi)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(gè)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(kāi)采正常進(jìn)行，又要具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。這是一個(gè)定性與定量相結(jié)合的問(wèn)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(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題的行之有效的方法。

層次分析法（AnalyticHierarchyProcess簡(jiǎn)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(jìn)行定性和定量分析的決策方法。該方法是美國(guó)運(yùn)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(guó)國(guó)防部研究"根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對(duì)國(guó)家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配"課題時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)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(diǎn)是在對(duì)復(fù)雜的決策問(wèn)題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)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(guò)程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無(wú)結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問(wèn)題提供簡(jiǎn)便的決策方法。尤其適合于對(duì)決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計(jì)量的場(chǎng)合。

在現(xiàn)實(shí)世界中，往往會(huì)遇到?jīng)Q策的問(wèn)題，比如如何選擇旅游景點(diǎn)的問(wèn)題，選擇升學(xué)志愿的問(wèn)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(guò)這些準(zhǔn)則作出選擇。比如選擇一個(gè)旅游景點(diǎn)時(shí)，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(gè)作為自己的旅游目的地，在進(jìn)行選擇時(shí)，你所考慮的因素有旅游的費(fèi)用、旅游地的景色、景點(diǎn)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(gè)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(wú)法用定量的方式描述，此時(shí)需要將半定性、半定量的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量計(jì)算問(wèn)題。層次分析法是解決這類問(wèn)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(guò)逐層比較各種關(guān)聯(lián)因素的重要性來(lái)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(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)上，將有關(guān)的各個(gè)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?，同時(shí)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(gè)因素，最下層通常為方案或?qū)ο髮?，中間可以有一個(gè)或幾個(gè)層次，通常為準(zhǔn)則或指標(biāo)層。當(dāng)準(zhǔn)則過(guò)多時(shí)(譬如多于9個(gè))應(yīng)進(jìn)一步分解出子準(zhǔn)則層。

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

（3）計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)。對(duì)于每一個(gè)成對(duì)比較陣計(jì)算最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過(guò)，特征向量(歸一化后)即為權(quán)向量：若不通過(guò)，需重新構(gòu)追成對(duì)比較陣。

（4）計(jì)算組合權(quán)向量并做組合一致性檢驗(yàn)。計(jì)算最下層對(duì)目標(biāo)的組合權(quán)向量，并根據(jù)公式做組合一致性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)通過(guò)，則可按照組合權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)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(duì)比較陣。

3應(yīng)用實(shí)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(tái)階積水池接力排水方案、C2露天臺(tái)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(yíng)費(fèi)用低；坑底淹沒(méi)時(shí)間短；充分利用地下排水設(shè)備；開(kāi)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(duì)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(jìn)行兩兩比較，確定一個(gè)表示相對(duì)重要度的數(shù)據(jù)aij。以此類推，可構(gòu)成一個(gè)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）