基于EML-DEMATEL-CA法的矿山提升系统优化及应用

曾伟锋

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司）

矿山提升运输系统主要承担着提运矿石、材料、人员，兼作进风井和安全出口的任务，属于矿山生产的咽喉工程。提升运输系统设计合理性一定程度上决定着矿山生产能力和企业经济效益［1-2］。但是，在设计初始阶段，受限于探矿工作局限性，矿山往往缺乏长远考虑，可能导致提升运输系统难以满足安全、高效生产的目标，需要根据矿山开采实际对提升运输系统进一步优化［3-4］。提升运输系统优化需要统筹考虑安全、经济、高效等多方面。目前，方案类比法是矿山提升运输系统优化的主要方法，因矿山提升运输系统限制性因素各不相同，该方法存在一定片面性［5］。准确识别当前提升运输系统限制性关键因素，并针对关键因素进行改进，是优化提升运输系统的关键［6］。专家会议法可以集合专家智慧针对具体问题快速分析得出正确结论，而应用决策实验和评价实验室法不仅能够反映系统因素之间的相互关联性，还能准确确定关键因素。鉴于此，以某铅锌矿山为研究背景，结合矿山生产实际，运用专家会议法分析当前提升运输系统限制性影响因素，应用决策实验和评价实验室法开展限制性关键因素识别，基于因果分析法理清关键因素内在关系。最后，结合分析计算结果，提出具体优化措施，以期为矿山提升运输系统优化提供思路。

1.1 专家会议法

专家会议法（EML）可以针对某一问题，通过组织相关专家，采取面对面会议方式，以讨论或者辩论形式，最终达成一致意见。EML法可以最大限度发挥专家集体智慧，相互交流、互相启发，实现思维碰撞和思维共振，弥补了专家主观经验的缺乏，往往能够得到正确的结论，为问题的解决提供思路［7］。

1.2 DEMATEL法

决策实验和评价实验室法（DE MATEL）是由美国Battelle实验室学者A.Gabus和E.Fontela在1971年提出的一种方法论，该方法以图论为理论基础，通过运用矩阵工具，为复杂关系问题的解决提供了系统分析方法［8-9］。

（1）构建直接影响矩阵。基于专家会议法原理，组织专家开展讨论，形成统一意见后，对各影响因素之间的相互关联性按照0～4的标度进行打分，其中评价语义标度设置：0—没有影响，1—较小影响，2—一般影响，3—较强影响，4—强烈影响。根据专家打分情况，得到初始直接影响矩阵A（A=［aij］n×n），其中aij表示第i个影响因素ai对第j个影响因素aj的直接影响程度，一般情况下aij≠aj i，当i＝j时，aij=0。

（2）构建规范化影响矩阵。将直接影响矩阵A（A=［aij］n×n）各因素aij除以矩阵中所有行和中的最大值，对矩阵A进行规范化处理，得到规范化直接影响矩阵B（B=［b ij］n×n），具体计算公式为

经过规范化处理后，各影响因素bij值范围在［0，1］。

（3）计算综合影响矩阵。考虑到各个因素之间具有直接影响和间接影响，因此，需要确定综合影响矩阵T（T=［tij］n×n），计算公式为

式中，E为单位矩阵。

因为0≤bij≤1，所以有limn→∞B n-1=0，因此，上式可以简化为

（4）计算各影响因素影响度与被影响度。在建立综合影响矩阵T（T=［ti j］n×n）基础上，分别计算矩阵T中各行和各列因素值tij之和，得到影响度Fi和被影响度Hi，其中，影响度Fi表示第i个因素在系统中对其他因素的影响程度，被影响程度Hi表示系统中的其他因素对第i个因素的影响程度。影响程度Fi和被影响程度Hi计算公式分别为

（5）计算各影响因素中心度与原因度。在得到影响度Fi和被影响度Hi基础上，将每个因素的影响度Fi和被影响度Hi相加，得到中心度Mi，中心度Mi主要反映第i个影响因素在系统中的重要程度。中心度Mi值越大，表明该因素对整个系统影响越关键，需要格外关注。将每个因素的影响度Fi和被影响度Hi相减得到原因度Ni，当原因度Ni大于0时，表明第i个因素对其他因素影响显著，可以将该因素列为原因因素；
当原因度Ni小于0时，表明第i个因素受其他因素影响显著，可以将该因素列为结果因素。中心度Mi和原因度Ni计算公式分别为

1.3 因果分析法

运用EML法构建影响因素指标体系，通过DEMATEL法计算系统中各影响因素的影响度、被影响度、中心度和原因度。由于中心度和原因度是问题分析的关键，因此，基于因果分析法（CA）原理，以中心度为横坐标，以原因度为纵坐标，建立因果关系图，直观解释和说明关键因素，为问题解决提供有效方案［10］。

2.1 矿山提升运输系统现状

云南省某铅锌矿山已经开采多年，设计年生产能力为150 t/a。目前，该矿山有4个工区同时作业，提升与运输系统独立运行，各工区开拓方案主要为平硐+多级盲斜井联合开拓或单独的多级斜井开拓，主要采用斜井单钩串车提升，井下运输为电机车牵引串车［5］。随着开采深度的增加，逐渐暴露出诸多问题，如多级提升已经达到了4～5级，提升运输效率显著下降，提升费用占运营成本比重越来越大，严重制约着企业发展。另外，该矿山设备老化、设备选型不合理等问题，在影响矿山提升运输效率的同时，对矿山安全生产也构成了威胁。矿山为进一步提升运输效率，控制运营成本，需要对现有的提升运输系统优化。经过现场调研发现，提升运输系统限制性影响因素较多，迫切需要确定关键因素，开展针对性优化。

2.2 具体计算过程

2.2.1 EML法确定影响因素

为做好该矿山提升运输系统优化工作，组建了来自设计研究院高级工程师（5人）、高校相关领域教授（3人）、现场技术专家（2人）的10人专家团。为尊重专家主观经验，首先采取非交锋式会议，由各位专家结合矿山设计图纸、开采报告等基础材料，结合自身经验，确定提升运输系统影响因素，提出系统优化思路。然后，根据专家会议法原理，组织专家召开交锋式会议，进行思维碰撞和讨论，对讨论结果进行了汇总，并对影响因素进行现场调研。影响因素汇总情况见表1。

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对汇总的影响因素进行层次划分，从设计、设备、技术、人员等方面，建立矿山提升运输系统限制性影响因素指标体系，具体情况如图1所示。

2.2.2 DEMATEL法计算过程

如图1所示，本研究建立了多层次的运输提升系统限制性因素指标体系，现根据DEMATEL法计算原理，构建直接影响矩阵和综合影响矩阵，并计算因素影响度、被影响度、中心度和原因度，具体计算过程如下：

（1）构建直接影响矩阵。由专家组成员进行充分讨论，形成一致性意见，并按照0～4打分规则，对各因素之间相互影响程度进行赋值，得到直接影响矩阵A，具体结果见表2。

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（2）计算综合影响矩阵。根据式（1）～式（3），对直接影响矩阵A进行规范化处理，得到综合影响矩阵T。根据规范化处理原则，求得的行和最大值为17。具体计算结果见表3。

（3）“四度”计算结果。根据式（4）～式（7），结合综合影响矩阵T计算结果，得到影响度、被影响度、中心度和原因度。考虑到中心度反映指标因素的关键性，根据中心度计算结果，对各指标因素进行影响程度排序，具体计算结果见表4。

从表4可以看出，在提升运输系统限制性影响因素中，中心度最高的4个因素依次为多级提升效率低、提升能力不足、中段运输效率低和缺乏统一设计。表明4个因素对提升运输系统能力限制性最大，在系统优化过程中需要重点关注。通过原因度计算结果可以看出，缺乏统一设计、提升能力不足、设备选型不合理和人员配备不足等因素原因度均大于0，表明这些因素对其他因素影响程度较大，属于原因因素，因此在系统优化设计时需要注重加强管理，以提高运输系统效率，降低生产成本；
多级提升效率低、中段运输效率低、员工安全意识差等因素原因度均小于0，表明这些因素受其他因素影响较大，属于结果因素，因此，也需要加强对这些潜在因素的影响和控制。

结合表4的数据，以中心度和原因度分别为横、纵坐标，绘制了因果分析图，如图2所示。

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由图2可知，员工安全意识差和提升员工不足2个因素中心度和原因度均较低，但是员工安全意识差，容易出现提升运输操作失误甚至造成安全风险；
而提升员工不足，在人员调度与安排方面存在困难，特别是提升运输任务较重时，容易影响提升运输效率。因此，需要合理配置员工数量，进一步加强员工安全培训。多级提升效率低、中段运输效率低等因素原因度为负值，但是中心度较高，因此，在提升运输系统优化方面需要关注，可以通过统一设计、提高提升能力等降低对这类因素的间接影响。缺乏统一设计、机械化程度低等因素具有较高的中心度和原因度，属于对提升运输系统能力限制性的关键因素，因此，在提升运输系统优化方面，需要针对该因素进行直接优化，可以通过优化提升方式，做好提升运输统一设计，进一步增强机械化作业方式等。

2.3 提升运输系统优化研究

如前所述，通过运用EML-DEMATEL-CA法，分析得出该矿山当前提升运输系统限制性关键因素为多级提升效率低、机械化程度低、中段运输效率低和缺乏统一设计。根据分析结果，专家组针对当前系统存在的问题，给出了具体优化措施，具体见表5。

为提高效率回收深部矿石，该矿山对4个工区进行了整合，实行平硐+盲竖井开拓方式，配罐笼提升，中段之间采取溜井收集矿石，采取大中段提升矿石方式。经过实践发现，提升运输系统运行安全可靠稳定，实现了全系统稳定、高效、低成本运行，优化措施取得了较为满意的应用效果。验证了本研究所提出的EML-DEMATEL-CA法在提升运输系统限制性因素识别方面的有效性。

将EML方法应用到某矿山提升运输系统能力因素识别中，能够集中专家智慧，建立了较为客观合理的多层次提升运输系统限制性影响因素体系。在此基础上，引入了DEMATEL法，通过计算各因素影响度、被影响度、中心度和原因度，绘制了影响因素因果关系图，有效识别了关键因素，最后结合矿山实际，提出了系统优化措施，获得了满意的应用效果。该研究理论可以为类似矿山提升运输系统优化提供思路。