层次分析法矿区建设工作方案

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1引言

铜铁矿位于长江流域的多雨地区，年降雨量较大，伴随着矿山工程的发展，需要对露天矿坑排水方案进一步系统研究。即从防排水方式、防排水设备到防排水系统的布置全方位地验证分析，以期寻求并不断完善防排水方案，结合露天、地下联合开采对应的时空变化特点，提高其应变能力。在多种方案的基础上，现在的问题是如何对尚未付诸实施的科学构想出的方案及涉及的重大技术决定在实施前进行全面的科学论证以确定最优的防排水方案，确保矿山的安全生产。

2方案描述及模型构筑

2.1方案简述

根据露天矿坑的空间形态、涌水来源、涌水量等条件，采用截、排结合，减少涌入露天坑底部的水量。其原则是：能在地表拦截的地表水尽量不让其流入坑内；能在坑内上部拦截的水不让其流入坑底。

遵循上述原则，在-64m以上截洪，采用截洪沟拦截的地表径流水汇积在境界内的某个标高，然后将其排到地表境界外。结合这种截洪方式，提出了4个排水方案，同时分析了各个方案的优、缺点。

方案1：露天台阶积水池接力排水方案。该方案是在露天境界内的台阶上按一定的高差设置积水池，安装排水泵，将汇集的洪水分段接力扬送至地表境界外。其优点是能够充分利用排水设备，缺点是坑底淹没时间较长。总投资309.75万元，平均日电费12360元。

方案2：露天台阶积水池和坑底汇水直接排水方案。该方案是将露天境界内台阶上截洪沟拦截的洪水和坑底汇集的洪水均直接排至地表境界外。其优点是坑底淹没时间短，2个系统相互独立，管理方便，缺点是投资大。总投资394.75万元，平均日电费16560元。

方案3：地下排水方案。即利用二期工程﹣185m中段南风井回风道中设井下水泵房。该方案优点是开采作业与排水作业互不影响，缺点是建设周期长，地下巷道纵横交错，一旦充水后，必然对地下开采构成严重的威胁。总投资296.5万元，平均每日电费30000元。

方案4：露天地下联合排水方案。该方案既要在露天台阶上修筑截洪沟和积水池，又要如同方案3设地下水泵房。与方案3相比其优点是减少了坑底的汇水量，降低了对地下开采作业的威胁；缺点更为突出，投资更大，需要建2套排水系统。总投资376.25万元，平均每日电费8600元。2.2排水方案选择的层次分析

矿区排水系统的建设是一个复杂的工程，方案选择中既要考虑到矿区本身的地质构造，保证矿区安全和开采正常进行，又要具有较好的经济技术可行性。这是一个定性与定量相结合的问题，所以利用一般的决策方法难以很好解决。而层次分析方法是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法。它是将半定性、半定量问题转化为定量问题的行之有效的方法。

层次分析法（AnalyticHierarchyProcess简称AHP）是将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于本世纪70年代初，在为美国国防部研究"根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配"课题时，应用网络系统理论和多目标综合评价方法，提出的一种层次权重决策分析方法。这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。尤其适合于对决策结果难于直接准确计量的场合。

在现实世界中，往往会遇到决策的问题，比如如何选择旅游景点的问题，选择升学志愿的问题等等。在决策者作出最后的决定以前，他必须考虑很多方面的因素或者判断准则，最终通过这些准则作出选择。比如选择一个旅游景点时，你可以从宁波、普陀山、浙西大峡谷、雁荡山和楠溪江中选择一个作为自己的旅游目的地，在进行选择时，你所考虑的因素有旅游的费用、旅游地的景色、景点的居住条件和饮食状况以及交通状况等等。这些因素是相互制约、相互影响的。我们将这样的复杂系统称为一个决策系统。这些决策系统中很多因素之间的比较往往无法用定量的方式描述，此时需要将半定性、半定量的问题转化为定量计算问题。层次分析法是解决这类问题的行之有效的方法。层次分析法将复杂的决策系统层次化，通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析、决策提供定量的依据。

层次分析法的基本步骤：

（1）建立层次结构模型。在深入分析实际问题的基础上，将有关的各个因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次，同一层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响，同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用。最上层为目标层，通常只有1个因素，最下层通常为方案或对象层，中间可以有一个或几个层次，通常为准则或指标层。当准则过多时(譬如多于9个)应进一步分解出子准则层。

（2）构造成对比较阵。从层次结构模型的第2层开始，对于从属于(或影响)上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和1—9比较尺度构追成对比较阵，直到最下层。

（3）计算权向量并做一致性检验。对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量(归一化后)即为权向量：若不通过，需重新构追成对比较阵。

（4）计算组合权向量并做组合一致性检验。计算最下层对目标的组合权向量，并根据公式做组合一致性检验，若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果进行决策，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比较阵。

3应用实例

3.1建立层次结构模型

矿区要建设配套的排水系统，方案层有4种方案可供选择，即C1露天台阶积水池接力排水方案、C2露天台阶积水池和坑底汇水直接排水方案、C3地下排水方案、C4露天地下联合排水方案。中间层为准则层，其选择最优方案的原则是：投资小，经营费用低；坑底淹没时间短；充分利用地下排水设备；开采的安全性有保障。最高层为目标层。建立相应的层次结构模型。

3.2构建判断矩阵

采用“1-9标度法”，对某一层次中所有元素，以所属的上一层次中某元素为准则进行两两比较，确定一个表示相对重要度的数据aij。以此类推，可构成一个矩阵即判断矩阵A。该判断矩阵有如下的特性：aij>0，aij=1/aji，aii=1（i,j=1,2…n）