张家洼矿无底柱分段.pdf

收稿日期2 0 0 5 - 0 7 - 0 8 基金项目国家 “十五” 科技攻关项目 （2 0 0 1 B A 6 0 9 A - 1 0） 作者简介张国联 （1 9 6 6 -） ， 男， 辽宁辽阳人， 东北大学副教授；宋守志 （1 9 4 0 -） ， 男， 辽宁辽阳人， 东北大学教授， 博士生导师 第2 7卷第4期 2 0 0 6年4月 东北大学学报 （自然科学版） J o u r n a l o fN o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y （N a t u r a l S c i e n c e） V o l . 2 7，N o . 4 A p r .2 0 0 6 文章编号1 0 0 5 - 3 0 2 6（2 0 0 6） 0 4 - 0 4 5 4 - 0 4 张家洼矿无底柱分段 崩落法结构参数灰色决策 张国联，邱景平，宋守志 （东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4） 摘要以张家洼铁矿- 2 5 0m中段矿体赋存条件为背景， 进行了无底柱分段崩落法不同结 构参数的放矿模拟试验引入灰色局势决策理论， 成功地将回收率、 纯矿石回收率、 岩石混入率等 多目标优化问题转化为单目标优化问题根据试验结果， 采用灰色决策方法得出了张家洼铁矿 - 2 5 0m中段无底柱分段崩落法的最佳结构参数为分段高度1 2 . 5m， 进路间距1 2m， 放矿步距4 5m 研究结果为矿山采准设计提供了依据， 研究方法为采矿工程的优化拓宽了途径 关键词无底柱； 分段崩落法； 结构参数； 灰色决策； 张家洼铁矿 中图分类号T D2 3 1文献标识码A 张家洼铁矿位于莱芜盆地矿山弧形背斜北部 倾末端， 系燕山期闪长岩侵入奥陶系灰岩接触带 而成的矽卡岩型磁铁矿床， 属地质条件较复杂的 难采矿床现采用无底柱分段崩落法采矿， 结构参 数为1 0m* 1 0m， 生产效率不高 - 2 5 0m水平以 下， 随着凿岩设备的改进、 钻孔深度的增加， 结构 参数要求重新优化设计 结构参数包括分段高度、 进路间距与放矿步 距， 它们的取值及彼此关系需要根据试验回收指 标进行优化由于回收指标包括岩石混入率、 总回 收率、 纯矿石回收率， 属于多因素、 多指标的优化 问题比较国内外各种方法的优缺点， 本文采用灰 色局势决策评价方法来优选结构参数 1 灰色局势决策的基本原理 设a i （iE 1， 2， ⋯，n） 为事件，b j （jE 1， 2， ⋯， n） 为事件ai的对策， 则二元组合关系s i j E（ai， b j） 为局势每一局势都有相应的效果， 为了使各 局势的效果能进行比较， 需引用效果测度概念效 果测度是对局势效果的量化测度， 记作r i j 根据 效果不同类型， r i j 有三种形式 （1）上限效果测度公式 r （k） i，jE u （k） i，j m a x i m a x j （u （k） i，j） （1） 式中， u （k） i，j为各局势的k效果值 上限测度指的是那些要求越高越好的指标 （2） 下限效果测度公式 r （k） i，jE m i n i m i n j（ u （k） i，j） u （k） i，j （2） 下限测度指的是那些要求越低越好的指标 （3）适中效果测度公式 r （k） i，jE m i n （u （k） i，j， u0） m a x （u （k） i，j， u0） （3） 式中， u0为各局势中k效果的适中值 适中效果测度指的是那些要求不高不低的指 标 于是总的决策矩阵 M （Σ）E r （Σ） 1 1 s1 1 r （Σ） 1 2 s1 2 ⋯ r （Σ） 1m s1m r （Σ） 2 1 s2 1 r （Σ） 2 2 s2 2 ⋯ r （Σ） 2m s2m r （Σ） n1 sn1 r （Σ） n2 sn2 ⋯ r （Σ） n m s n m （4） 式中， r （Σ） i j EΣ k kE 1 δ （k） r （k） i j ， 其中， δ （k）为k效果的权值， 满足Σ k kE 1 δ （k）E1 根据上述决策矩阵的结果， 根据各局势的决 策元可优选最佳局势 2 结构参数试验及结果 根据张家洼的实际情况， 布置进路间距B和 放矿步距L根据分段高度H确定， 模型试验模拟 了三种分段高度下的结构参数， 实验中要测定的 指标包括各分段及汇总的岩石混入率Y， 纯矿石 回收率Hc h k， 总矿石回收率Hz k 模型几何相似比为1 1 0 0 考虑到节省材料， 模型做成可拆卸式的， 不同结构参数模型需要将 原来模型拆掉稍做改动即可满足新的一组参数 根据现场矿石平均块度为4 0 05 0 0m m， 岩 石平均块度为5 5 06 5 0m m 按照计划相似的要 求， 实验室经调整不同粒径颗粒的配合比， 最后的 矿石和岩石颗粒平均粒径分别为4 . 8m m和5 . 9 m m， 模型倾角为5 5 ≠ 截止放矿的相似条件 实验室截止放矿时岩 石体积混入率等于现场截止放矿时岩石体积混入 率由于现场截止放矿品位c jE 2 0 ； 放矿前品位 c1E 4 2 ； 岩石含矿品位cyE9 . 8 ； 崩落矿石体 重γ kE 3 . 8 t ／m 3； 崩落岩石体重γ yE2 . 7 7 t ／m 3 经测定， 实验室矿石颗粒体重γ ◜ kE 2 . 4 3 t ／m 3； 岩 石颗粒体重γ ◜ yE1 . 4 8 t ／m 3 经计算现场截止放 矿时岩石混入率为6 8 . 3 2 ； 现场截止放矿时岩 石体积混入率为7 4 . 7 4 ， 因此实验室截止放矿 时岩石混入率为6 4 . 3 1 模拟方案及回收指标见表 1 表1试验方案及回收指标 T a b l e1 E x p e r i m e n t a l S c h e m ea n d r e c o 4 e r 5 i n d e x 试验序号 H／mB／mL／mY／Hz k ／ Hc h k／ 11 0832 3 . 2 18 8 . 3 44 0 . 3 0 21 0841 8 . 7 08 6 . 4 64 0 . 6 1 31 0852 3 . 9 17 8 . 6 83 2 . 8 8 41 01 031 7 . 9 79 0 . 4 64 3 . 9 6 51 01 041 6 . 5 78 9 . 5 14 0 . 4 1 61 01 051 9 . 4 58 8 . 4 53 7 . 5 8 71 01 232 0 . 4 37 8 . 5 43 0 . 6 4 81 01 241 5 . 6 58 4 . 1 44 4 . 5 1 91 01 251 8 . 6 07 7 . 4 14 0 . 9 7 1 01 2 . 51 042 5 . 0 98 5 . 6 94 2 . 2 6 1 11 2 . 51 052 0 . 5 88 4 . 2 54 2 . 5 3 1 21 2 . 51 062 5 . 0 27 9 . 8 13 3 . 8 9 1 31 2 . 51 241 9 . 1 79 1 . 3 44 5 . 7 5 1 41 2 . 51 251 8 . 4 18 8 . 4 64 5 . 5 2 1 51 2 . 51 262 0 . 7 98 9 . 5 73 9 . 5 3 1 61 2 . 51 442 1 . 9 97 9 . 6 13 1 . 9 7 1 71 2 . 51 451 7 . 3 28 6 . 0 64 2 . 1 3 1 81 2 . 51 462 0 . 5 07 8 . 6 64 2 . 0 4 1 91 51 2 . 541 9 . 7 27 7 . 6 83 3 . 8 8 2 01 51 2 . 551 7 . 8 98 0 . 1 24 2 . 3 3 2 11 51 2 . 562 0 . 1 27 8 . 3 64 5 . 2 1 2 21 51 542 0 . 6 67 5 . 0 83 4 . 7 7 2 31 51 551 8 . 6 38 6 . 8 84 3 . 6 1 2 41 51 561 6 . 7 58 1 . 7 64 7 . 1 2 2 51 51 7 . 542 2 . 6 08 6 . 1 03 1 . 4 5 2 61 51 7 . 551 8 . 3 67 3 . 2 43 9 . 6 4 2 71 51 7 . 562 1 . 3 48 1 . 3 14 1 . 6 9 3 结构参数的灰色决策 结构参数中的分段高度设计一经确定就不宜 变化， 并直接影响其他两个参数， 因此分段高度必 须首先确定 根据表1中数据， 不同分段的平均回收指标 见表 2 表6不同分段的平均指标 T a b l e6 7 4 e r a 8 e i n d e xo 9 d i 9 9 e r e n t S b l e 4 e l S H／mY／Hz k ／ Hc h k／ 1 01 9 . 3 98 4 . 6 73 9 . 1 0 1 2 . 52 0 . 9 98 4 . 8 34 0 . 6 2 1 51 9 . 5 68 0 . 0 63 9 . 9 7 分段高度的评价与选择可选用1个事件 （分 554 第4期张国联等张家洼矿无底柱分段崩落法结构参数灰色决策 段高度） 、 3个对策构造如下灰色局势 S1， 1E（1 0） ； S1， 2E（1 2 . 5） ； S1， 3E（1 5） 各种参数实验结果中的回收率、 纯矿石回收 率的效果测度适合用上限效果测度公式计算； 而 岩石混入率适合用下限效果测度公式计算， 结果 见表 3 表3各回收指标的测度 T a b l e3 M e a S u r e So f a l l r e c o . e r / 0 1 2 0 c e S H／mYHz kHc h k 1 01 . 0 0 00 . 9 9 80 . 9 6 3 1 2 . 50 . 9 2 41 . 0 0 01 . 0 0 0 1 50 . 9 9 10 . 9 4 40 . 9 8 4 通过专家打分法， 发放问卷1 5份， 将各指标 的权重汇总取平均值得各指标的权系数为 δE（0 . 2 2，0 . 2 6 5，0 . 5 1 5） 根据式 （4） 计算不同分段高度的平均测度见 表 4 表3不同分段高度的平均测度 T a b l e3 4 . e r a 5 e6 e a S u r eo f 2 0 f f e r e 1 7 S u b l e . e l 8 e 0 5 8 7 S 分段高度 ／m 1 01 2 . 51 5 平均测度值 0 . 9 8 00 . 9 8 30 . 9 7 5 表4中的数据实质是分段高度的决策矩阵 表4数据表明， 分段高度为1 2 . 5m方案平均测度 值优于1 5m， 1 0m方案因此张家洼铁矿- 2 5 0m 中段无底柱分段崩落法的分段高度推荐1 2 . 5m 分段高度为1 2 . 5m的进路间距、 放矿步距构 造如下灰色局势 S1， 1E （1 0， 4） ；S1， 2E（1 0， 5） ；S1， 3E（1 0， 6） ； S2， 1E （1 2， 4） ；S2， 2E（1 2， 5） ；S2， 3E（1 2， 6） ； S3， 1E （1 5， 4） ；S3， 2E（1 5， 5） ；S3， 3E（1 5， 6） 岩石混入率的决策矩阵根据式 （2） 得 M （1）E 0 . 6 9 0 S1， 1 0 . 8 4 2 S1， 2 0 . 6 9 2 S1， 3 0 . 9 0 3 S2， 1 0 . 9 4 1 S2， 2 0 . 8 3 3 S2， 3 0 . 7 8 8 S3， 1 1 . 0 0 0 S3， 2 0 . 8 4 5 S3， 3 回收率、 纯矿石回收率的决策矩阵根据式 （1） 得 M （2）E 0 . 9 3 8 S1， 1 0 . 9 2 2 S1， 2 0 . 8 7 4 S1， 3 1 . 0 0 0 S2， 1 0 . 9 6 8 S2， 2 0 . 9 8 1 S2， 3 0 . 8 7 2 S3， 1 0 . 9 4 2 S3， 2 0 . 8 6 1 S3， 3 ； M （3） E 0 . 9 2 4 S1， 1 0 . 9 3 0 S1， 2 0 . 7 4 1 S1， 3 1 . 0 0 0 S2， 1 0 . 9 9 5 S2， 2 0 . 8 6 4 S2， 3 0 . 6 9 9 S3， 1 0 . 9 2 1 S3， 2 0 . 9 1 9 S3， 3 由前述多目标灰色决策数学模型， 可计算试 验的综合决策矩阵 M （Σ）E0 . 2 2 M （1）0 . 2 6 5 M （2）0 . 5 1 5 M （3） ， 即 M （Σ）E 0 . 8 7 6 S1， 1 0 . 9 0 8 S1， 2 0 . 7 6 5 S1， 3 0 . 9 7 9 S2， 1 0 . 9 7 6 S2， 2 0 . 8 8 8 S2， 3 0 . 7 6 4 S3， 1 0 . 9 4 4 S3， 2 0 . 8 8 7 S3， 3 按列决策 S2， 1，S2，2，S2，3， 对应事件为进路 间距BE 1 2m， 说明无论放矿步距如何取值， 进路 间距1 2m方案都优于其他方案 事件BE1 2m时， 各局势的优劣次序为 S2， 1， S2， 2， S2， 3， 比较发现S2，1，S2，2优于S2，3， 因 此最优决策为S 2，1， S2， 2对应进路间距和放矿步 距参数为 （1 2， 4） 和 （1 2，5） 综上所述， 张家洼铁矿-2 5 0m中段的最优 结构参数推荐值 分段高度1 2 . 5m， 进路间距1 2 m， 放矿步距4m或5m 4 结语 多目标灰色决策在考虑重要性权值基础上， 成功地将多目标综合为单目标， 用它来优化无底 柱分段崩落法结构参数和评价放矿效果简便易 行， 解决了放矿试验各回收指标此起彼伏、 难于评 价的问题， 是采矿工程中一种科学的决策方法本 文应用该方法对张家洼铁矿无底柱分段崩落法的 结构参数进行了优化， 得出了张家洼铁矿- 2 5 0m 中段的最佳结构参数为分段高度1 2 . 5m， 进路间 距1 2m， 放矿步距4 5m， 为张家洼铁矿- 2 5 0m 中段采准设计提供了依据 参考文献 ［1］ 邓聚龙灰色系统理论教程 ［M］ 武汉 华中理工大学出 版社，1 9 9 0 . 5 - 1 0 6 （D e n gJL.G r a ys y s t e mt h e o r y［M］.W u h a nH u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g yP r e s s，1 9 9 0 . 5 - 1 0 6 .） ［2］ 李孜军1 9 9 2 2 0 0 1年我国灰色系统理论应用研究进展 ［J］ 系统工程，2 0 0 3，2 1 （5） 8 - 1 2 （L iZJ .A d v a n c eo fs t u d yo na p p l i c a t i o no fg r e ys y s t e m t h e o r yi n C h i n a d u r i n g 1 9 9 2 - 2 0 0 1［J］.S y s t e m s E n g i n e e r i n g，2 0 0 3，2 1 （5） 8 - 1 2 .） 654 东北大学学报 （自然科学版）第2 7卷 ［3］N i n gDT，W a n gL. G r e yd e v e l o p m e n td e c i s i o no ne n e r g y - e c o n o m y - e n v i r o n m e n t a ls y s t e m［A］.P r o c e e d i n g so fS i n o - G e r m a nS y m p o s i u m o n E n e r g ya n d E n v i r o n m e n t［C］. B e i j i n gC h i n aE n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s P r e s s ，1 9 9 4 . 3 1 - 4 6 . ［4］L i uSF，L i uY.A ni n t r o d u c t i o nt og r e y s y s t e m ss l i p p e r y r o c k ［M］.B e i j i n g I I G S SA c a d e m i cP u b l i s h e r，1 9 9 8 . 4 0- 7 7 . ［5］ 张国联， 邱景平， 宋守志小官庄铁矿生产矿块结构参数 的试验分析 ［J］ 东北大学学报 （自然科学版） ，2 0 0 3，2 4 （1 1） 1 0 9 2 - 1 0 9 5 （Z h a n gGL，Q i u JP，S o n gSZ . X i a o g u a n z h u a n g I r o nM i n e p r o d u c t i v en u g g e ts t r u c t u r ep a r a m e t e re x p e r i m e n ta n a l y z i n g ［J］.J o u r n a l o f N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y（N a t u r a l S c i e n c e） ，2 0 0 3，2 4 （1 1） 1 0 9 2 - 1 0 9 5 .） ［6］ W i t t k e W，P i e r a u B .F o u n d a t i o n sf o rt h ed e s i g na n d c o n s t r u c t i o no f t u n n e l i ns w e l l i n gr o c k ［A］.P r o c e e d i n g s o f t h e4t hI n t e r n a t i o n a lC o n g r e s so n R o c k M e c h a n i c s［C］. M o n t r e u xA I M E，1 9 7 9 . 2 1 6 - 2 1 9 . ［7］S i n g hSP . B u r s te n e r g yr e l e a s e i n d e x［J］.R o c kM e c h a n i c s a n dR o c kE n g i n e e r i n g，1 9 8 8，2 1 （1） 1 4 9 - 1 5 5 . ［8］T a n gCA. I n f l u e n c eo fh e t e r o g e n e i t yo nc r a c kp r o p a g a t i o n m o d e s i nb r i t t l er o c k ［J］.C h i n e s eJ o u r n a lo fG e o p h y s i c s， 2 0 0 0，4 3 （1） 1 1 6 - 1 2 1 . ［9］B r u n o M S .P o r ep r e s s u r ei n f l u e n c eo nt e n s i l ef r a c t u r e p r o p a g a t i o n i ns e d i m e n t a r yr o c k ［J］.I n t JR o c kM e c hM i n S c iG e o m e c hA b s t r，1 9 9 1，2 8 （4） 2 6 1 - 2 7 3 . ［1 0］D a v i dJ .C o m p u t e rs i m u l a t i o no f t h em o v e m e n to fo r ea n d w a s t e i na nu n d e r g r o u n dm i n i n gp i l l a r ［J］.T h eC a n a d i a n M i n i n ga n dM e t a l l u r g i c a l，1 9 6 8，6 7 （2） 8 5 4 - 8 5 9 . ［1 1］H o u s t r u l i dW A.U n d e r g r o u n dm i n i n gm e t h o d sh a n d b o o k ［M］.W a s h i n g t o nS o c i e t yo fM i n i n gE n g i n e e r so fA I M E， 1 9 8 2 . 5 4 3 - 5 7 6 . G r e y D e c i s i o n - M a k i n gf o r C o n s t r u c t i o n a lP a r a m e t e r so f N o n - P i l l a r S u b l e v e lC a v i n g i nZ h a n g j i a w a I r o nM i n e Z H A N GG u o - l i a n，Q I UJ i n g - p i n g，S O N GS h o u - z h i （S c h o o l o fR e s o u r c e sC i v i l E n g i n e e r i n g，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4，C h i n a . C o r r e s p o n d e n tZ H A N GG u o - l i a n，a s s o c i a t e p r o f e s s o r，E - m a i lg u o l i a n 1 9 6 6 8 8s i n a . c o m） A b s t r a c tT a k i n gt h ec o n d i t i o n so ft h em e d i u mo r eb o d yo f-2 5 0mp h a s ei nZ h a n g j i a w aI r o n M i n ea sb a c k g r o u n d，a s i m u l a t i n g e x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u tw i t hd i f f e r e n t c o n s t r u c t i o n a l p a r a m e t e r s f o rn o n - p i l l a r s u b l e v e l c a v i n g . I n t r o d u c i n gt h e g r e yd e c i s i o n - m a k i n g t h e o r y i n t h e o p t i m i z a t i o n o f c o n s t r u c t i o n a l p a r a m e t e r s，t h e p r o b l e mt o t r a n s f o r mm u l t i - o b j e c t o p t i m i z a t i o n i n c l u d i n g t h e r a t e so fo r er e c o v e r y，u n d i l u t e do r er e c o v e r ya n dr o c kd r o p - i ni n t oas i n g l e - o b j e c to p t i m i z a t i o nw a s s u c c e s s f u l l y s o l v e d . A c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s，i tw a s f o u n dt h a t s u c ho p t i m u mc o n s t r u c t i o n a l p a r a m e t e r sa s s u b l e v e lh e i g h t， d r i f t i n t e r v a l a n dd r a w i n gp a c e a r e 1 2 . 5m，1 2ma n d 4 5m，r e s p e c t i v e l y，f o r t h e n o n - p i l l a r s u b l e v e l c a v i n g o f t h em e d i u m- 2 5 0mp h a s e . T h e i n v e s t i g a t i o np r o v i d e s n o t o n l y a f o u n d a t i o no nw h i c h t h e d e s i g no fm i n i n gp r e p a r a t i o n i s a v a i l a b l e b u t a l s o a n e wa p p r o a c h t o t h e o p t i m i z a t i o no fm i n i n g e n g i n e e r i n g . K e yw o r d sn o n - p i l l a r；s u b l e v e l c a v i n g；s t r u c t u r e p a r a m e t e r；g r e yd e c i s i o n - m a k i n g；Z h a n g j i a w a I r o nM i n e （R e c e i v e dJ u l y8，2 0 0 5 ） 待发表文章 摘 要 预 报 球团竖炉气流运动的数值模拟 董辉，蔡九菊，王国胜，杨俊 根据气固填料床动力学， 建立了 “导风墙-烘干床式” 球团竖炉气流运动的数学模型， 运用自编程数值求解炉内速度 场， 研究炉内气流运动的基本规律， 探讨竖炉操作参数对炉内气流运动的影响规律结果表明 焙烧风和冷却风在进口处 呈放射状， 之后斜向上或斜向下分别流入焙烧-预热带和导风墙内； 整个均热带内气流较为薄弱； 炉内存在三种气流分 流的可能， 流入风量比是决定气流分流的最主要因素， 其中， 流入风量比增加， 焙烧风下行趋势增大， 而冷却风上行趋势 减小； 临界流入风量比主要取决于结构参数和料层情况 泡沫铝芯夹心板的制备及泡沫孔的研究 张敏，祖国胤，姚广春，段水亮 提出粉末致密化方法 将粉末放在待连接的两金属板之间进行轧制连接， 然后直接在炉中进行发泡的方法这种方 法既克服了黏结剂连接的缺点， 达到了冶金结合的目的； 又使工艺过程缩短， 节约了能源对泡沫孔的形貌特征进行了研 究， 并对孔壁上钛的富集和皱褶进行了分析研究表明， 采用粉末与钢板轧制工艺可以成功地制备出钢面板泡沫铝夹心 结构； 发泡过程中孔的合并以及微孔的产生是影响孔结构的重要因素； 钛颗粒在孔壁上的富集对孔的稳定性起到了一定 的积极作用； 凝固过程中孔壁上产生了弯曲和皱褶现象， 所以对凝固过程的控制也是很重要的 754 第4期张国联等张家洼矿无底柱分段崩落法结构参数灰色决策