基于EML-DEMATEL-CA法的礦山提升系統(tǒng)優(yōu)化及應用

曾偉鋒

（廣東省冶金建筑設計研究院有限公司）

礦山提升運輸系統(tǒng)主要承擔著提運礦石、材料、人員，兼作進風井和安全出口的任務，屬于礦山生產的咽喉工程。提升運輸系統(tǒng)設計合理性一定程度上決定著礦山生產能力和企業(yè)經濟效益［1-2］。但是，在設計初始階段，受限于探礦工作局限性，礦山往往缺乏長遠考慮，可能導致提升運輸系統(tǒng)難以滿足安全、高效生產的目標，需要根據(jù)礦山開采實際對提升運輸系統(tǒng)進一步優(yōu)化［3-4］。提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化需要統(tǒng)籌考慮安全、經濟、高效等多方面。目前，方案類比法是礦山提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化的主要方法，因礦山提升運輸系統(tǒng)限制性因素各不相同，該方法存在一定片面性［5］。準確識別當前提升運輸系統(tǒng)限制性關鍵因素，并針對關鍵因素進行改進，是優(yōu)化提升運輸系統(tǒng)的關鍵［6］。專家會議法可以集合專家智慧針對具體問題快速分析得出正確結論，而應用決策實驗和評價實驗室法不僅能夠反映系統(tǒng)因素之間的相互關聯(lián)性，還能準確確定關鍵因素。鑒于此，以某鉛鋅礦山為研究背景，結合礦山生產實際，運用專家會議法分析當前提升運輸系統(tǒng)限制性影響因素，應用決策實驗和評價實驗室法開展限制性關鍵因素識別，基于因果分析法理清關鍵因素內在關系。最后，結合分析計算結果，提出具體優(yōu)化措施，以期為礦山提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化提供思路。

1 理論基礎

1.1 專家會議法

專家會議法（EML）可以針對某一問題，通過組織相關專家，采取面對面會議方式，以討論或者辯論形式，最終達成一致意見。EML法可以最大限度發(fā)揮專家集體智慧，相互交流、互相啟發(fā)，實現(xiàn)思維碰撞和思維共振，彌補了專家主觀經驗的缺乏，往往能夠得到正確的結論，為問題的解決提供思路［7］。

1.2 DEMATEL法

決策實驗和評價實驗室法（DE MATEL）是由美國Battelle實驗室學者A.Gabus和E.Fontela在1971年提出的一種方法論，該方法以圖論為理論基礎，通過運用矩陣工具，為復雜關系問題的解決提供了系統(tǒng)分析方法［8-9］。

（1）構建直接影響矩陣。基于專家會議法原理，組織專家開展討論，形成統(tǒng)一意見后，對各影響因素之間的相互關聯(lián)性按照0～4的標度進行打分，其中評價語義標度設置：0—沒有影響，1—較小影響，2—一般影響，3—較強影響，4—強烈影響。根據(jù)專家打分情況，得到初始直接影響矩陣A（A=［aij］n×n），其中aij表示第i個影響因素ai對第j個影響因素aj的直接影響程度，一般情況下aij≠aj i，當i＝j時，aij=0。

（2）構建規(guī)范化影響矩陣。將直接影響矩陣A（A=［aij］n×n）各因素aij除以矩陣中所有行和中的最大值，對矩陣A進行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化直接影響矩陣B（B=［b ij］n×n），具體計算公式為

經過規(guī)范化處理后，各影響因素bij值范圍在［0，1］。

（3）計算綜合影響矩陣?？紤]到各個因素之間具有直接影響和間接影響，因此，需要確定綜合影響矩陣T（T=［tij］n×n），計算公式為

式中，E為單位矩陣。

因為0≤bij≤1，所以有l(wèi)imn→∞B n-1=0，因此，上式可以簡化為

（4）計算各影響因素影響度與被影響度。在建立綜合影響矩陣T（T=［ti j］n×n）基礎上，分別計算矩陣T中各行和各列因素值tij之和，得到影響度Fi和被影響度Hi，其中，影響度Fi表示第i個因素在系統(tǒng)中對其他因素的影響程度，被影響程度Hi表示系統(tǒng)中的其他因素對第i個因素的影響程度。影響程度Fi和被影響程度Hi計算公式分別為

（5）計算各影響因素中心度與原因度。在得到影響度Fi和被影響度Hi基礎上，將每個因素的影響度Fi和被影響度Hi相加，得到中心度Mi，中心度Mi主要反映第i個影響因素在系統(tǒng)中的重要程度。中心度Mi值越大，表明該因素對整個系統(tǒng)影響越關鍵，需要格外關注。將每個因素的影響度Fi和被影響度Hi相減得到原因度Ni，當原因度Ni大于0時，表明第i個因素對其他因素影響顯著，可以將該因素列為原因因素；當原因度Ni小于0時，表明第i個因素受其他因素影響顯著，可以將該因素列為結果因素。中心度Mi和原因度Ni計算公式分別為

1.3 因果分析法

運用EML法構建影響因素指標體系，通過DEMATEL法計算系統(tǒng)中各影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度。由于中心度和原因度是問題分析的關鍵，因此，基于因果分析法（CA）原理，以中心度為橫坐標，以原因度為縱坐標，建立因果關系圖，直觀解釋和說明關鍵因素，為問題解決提供有效方案［10］。

2 模型應用

2.1 礦山提升運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

云南省某鉛鋅礦山已經開采多年，設計年生產能力為150 t/a。目前，該礦山有4個工區(qū)同時作業(yè)，提升與運輸系統(tǒng)獨立運行，各工區(qū)開拓方案主要為平硐+多級盲斜井聯(lián)合開拓或單獨的多級斜井開拓，主要采用斜井單鉤串車提升，井下運輸為電機車牽引串車［5］。隨著開采深度的增加，逐漸暴露出諸多問題，如多級提升已經達到了4～5級，提升運輸效率顯著下降，提升費用占運營成本比重越來越大，嚴重制約著企業(yè)發(fā)展。另外，該礦山設備老化、設備選型不合理等問題，在影響礦山提升運輸效率的同時，對礦山安全生產也構成了威脅。礦山為進一步提升運輸效率，控制運營成本，需要對現(xiàn)有的提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化。經過現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，提升運輸系統(tǒng)限制性影響因素較多，迫切需要確定關鍵因素，開展針對性優(yōu)化。

2.2 具體計算過程

2.2.1 EML法確定影響因素

為做好該礦山提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化工作，組建了來自設計研究院高級工程師（5人）、高校相關領域教授（3人）、現(xiàn)場技術專家（2人）的10人專家團。為尊重專家主觀經驗，首先采取非交鋒式會議，由各位專家結合礦山設計圖紙、開采報告等基礎材料，結合自身經驗，確定提升運輸系統(tǒng)影響因素，提出系統(tǒng)優(yōu)化思路。然后，根據(jù)專家會議法原理，組織專家召開交鋒式會議，進行思維碰撞和討論，對討論結果進行了匯總，并對影響因素進行現(xiàn)場調研。影響因素匯總情況見表1。

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對匯總的影響因素進行層次劃分，從設計、設備、技術、人員等方面，建立礦山提升運輸系統(tǒng)限制性影響因素指標體系，具體情況如圖1所示。

2.2.2 DEMATEL法計算過程

如圖1所示，本研究建立了多層次的運輸提升系統(tǒng)限制性因素指標體系，現(xiàn)根據(jù)DEMATEL法計算原理，構建直接影響矩陣和綜合影響矩陣，并計算因素影響度、被影響度、中心度和原因度，具體計算過程如下：

（1）構建直接影響矩陣。由專家組成員進行充分討論，形成一致性意見，并按照0～4打分規(guī)則，對各因素之間相互影響程度進行賦值，得到直接影響矩陣A，具體結果見表2。

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（2）計算綜合影響矩陣。根據(jù)式（1）～式（3），對直接影響矩陣A進行規(guī)范化處理，得到綜合影響矩陣T。根據(jù)規(guī)范化處理原則，求得的行和最大值為17。具體計算結果見表3。

（3）“四度”計算結果。根據(jù)式（4）～式（7），結合綜合影響矩陣T計算結果，得到影響度、被影響度、中心度和原因度?？紤]到中心度反映指標因素的關鍵性，根據(jù)中心度計算結果，對各指標因素進行影響程度排序，具體計算結果見表4。

從表4可以看出，在提升運輸系統(tǒng)限制性影響因素中，中心度最高的4個因素依次為多級提升效率低、提升能力不足、中段運輸效率低和缺乏統(tǒng)一設計。表明4個因素對提升運輸系統(tǒng)能力限制性最大，在系統(tǒng)優(yōu)化過程中需要重點關注。通過原因度計算結果可以看出，缺乏統(tǒng)一設計、提升能力不足、設備選型不合理和人員配備不足等因素原因度均大于0，表明這些因素對其他因素影響程度較大，屬于原因因素，因此在系統(tǒng)優(yōu)化設計時需要注重加強管理，以提高運輸系統(tǒng)效率，降低生產成本；多級提升效率低、中段運輸效率低、員工安全意識差等因素原因度均小于0，表明這些因素受其他因素影響較大，屬于結果因素，因此，也需要加強對這些潛在因素的影響和控制。

結合表4的數(shù)據(jù)，以中心度和原因度分別為橫、縱坐標，繪制了因果分析圖，如圖2所示。

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由圖2可知，員工安全意識差和提升員工不足2個因素中心度和原因度均較低，但是員工安全意識差，容易出現(xiàn)提升運輸操作失誤甚至造成安全風險；而提升員工不足，在人員調度與安排方面存在困難，特別是提升運輸任務較重時，容易影響提升運輸效率。因此，需要合理配置員工數(shù)量，進一步加強員工安全培訓。多級提升效率低、中段運輸效率低等因素原因度為負值，但是中心度較高，因此，在提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化方面需要關注，可以通過統(tǒng)一設計、提高提升能力等降低對這類因素的間接影響。缺乏統(tǒng)一設計、機械化程度低等因素具有較高的中心度和原因度，屬于對提升運輸系統(tǒng)能力限制性的關鍵因素，因此，在提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化方面，需要針對該因素進行直接優(yōu)化，可以通過優(yōu)化提升方式，做好提升運輸統(tǒng)一設計，進一步增強機械化作業(yè)方式等。

2.3 提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化研究

如前所述，通過運用EML-DEMATEL-CA法，分析得出該礦山當前提升運輸系統(tǒng)限制性關鍵因素為多級提升效率低、機械化程度低、中段運輸效率低和缺乏統(tǒng)一設計。根據(jù)分析結果，專家組針對當前系統(tǒng)存在的問題，給出了具體優(yōu)化措施，具體見表5。

為提高效率回收深部礦石，該礦山對4個工區(qū)進行了整合，實行平硐+盲豎井開拓方式，配罐籠提升，中段之間采取溜井收集礦石，采取大中段提升礦石方式。經過實踐發(fā)現(xiàn)，提升運輸系統(tǒng)運行安全可靠穩(wěn)定，實現(xiàn)了全系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、低成本運行，優(yōu)化措施取得了較為滿意的應用效果。驗證了本研究所提出的EML-DEMATEL-CA法在提升運輸系統(tǒng)限制性因素識別方面的有效性。

3 結 論

將EML方法應用到某礦山提升運輸系統(tǒng)能力因素識別中，能夠集中專家智慧，建立了較為客觀合理的多層次提升運輸系統(tǒng)限制性影響因素體系。在此基礎上，引入了DEMATEL法，通過計算各因素影響度、被影響度、中心度和原因度，繪制了影響因素因果關系圖，有效識別了關鍵因素，最后結合礦山實際，提出了系統(tǒng)優(yōu)化措施，獲得了滿意的應用效果。該研究理論可以為類似礦山提升運輸系統(tǒng)優(yōu)化提供思路。