采矿方法的一种系统的选择方法.pdf

Vo J ． 1 I J u 1 Y 1 9 9 2 中 国 矿 业 CH I NA M I NI NG M AGA ZI N E 总 第1 期 SUM 1 7 7一 珥 采矿 方法的一种 系统的选择 方法 刘 型焦堇． 一一 长沙矿 山研 究院 幺 檀薹文中运用系统工程自 方法．通过采矿方法资料收集，模栅数学采矿方法类型选择．采矿方法方案设计和 非线性规划采矿方法使用范围的研究 步骤进行采矿方法系统的选择， 定量的结果全面，科学准确-所选 篓 矿 囊 篓 瑶 器移 f 关 蕾 俩 采 矿 方 法 ， 至 茎 苫 星 ， 苎 塑 墼 ， 非 鳢 性 规 划 侈 ／ 勿 一 、前 言 采 矿方法选择是采矿 方法研 究 的最初 的最 重要 的步骤 ，正确 与否直接影 响到矿 山生产 的 效益和前 景。 目前在采 矿方法选择 中， 仍然广 泛应用经验 类比的方法，但设 计矿山与 类似矿 山有多大程 度的相似性 t选用所谓相似矿 山 的 采矿方 法是否是最 优的采矿方法 多 种采矿方 法比较时各采矿方法之间指标各有优劣时又如 何选择 P各种采 矿方法方 案在什 么范 围内使用 最为合 理经验类 比法只 能定性分析 ，无 法定 量回答。而且这种通过几个方案比较选择的采 矿方法， 充其量是几个 方案 中的较 优方法 ，丽 不是最 优方案。 目前 出现 的其 它定量分析方法 无法反 映采矿 方法选择 的客 观过程 ，因而没有 得 到推广使用。 由于采 矿工程 的复杂性，最 优采矿方法 的 选择 必须 应用系统工 程 的方法 ，根据国 内外矿 山的采 矿方法应用 情况和设计矿 山地质赋 存条 件，以及所能达鳓的技术管理水平进行采矿方 法类型优选和具体方 案的优选 ，最 后确定所选 择的采矿方法准确的使用范围。 其选择步骤为 童量堕皇呻墨 鲎鲞型垡鎏呻墨 壹鳖直塞堡计 呻墨芷查垂直塞垡垫 本文论述 东坪 金矿 采矿方法运 用模 糊数 学 进行 采矿方法类 型选 择，运 用非线 性规划 的方 法进 行采矿方法方案 选 择的做法o 东坪金矿 1 号脉平均地质晶位为1 2 ．T 3 B ／ t ， 矿体 平均厚度 1 ． 5 T m， 平均倾角 4 T。 ，矿 岩硬 度 系数为1 0 。矿 山生 产要 求达 到 的主要技术 经 济 指标 为 矿房生产能 力7 ,5 t ／ d ，采矿损失率 为 5 ，采矿贫化 率为 1 8 。 、模糊数学方法选 择采矿方 法类型 1 ．相 似优先 比法初选 采矿方法 首先选取代表八种采 矿 方法 的典型矿 山并 列出地质和开采 技术 条件 的八 个指标见 表 1。 根据相似优 先法计算结果 ，各采 矿方法序 号 和分 别为 Al 2 4 ，A 2 1 ， Aa 3 ,5 ， A4 1 4 A 5 2 3 ， A日 2 3 ， A 7 3 4 ， A8 1 T 与东坪 金矿 条件 相似 的矿 山所对应 的采矿 方法依 次为 电耙留矿法 }分层充填法 {留矿 全面法 {分 段空场 法；爆力运矿采矿 法；全面 采矿法 阶段矿 房法 中深 孔房柱法。 2 ．模糊 关系方程推 测技 术经济指标 设计矿 山的采 矿方法 技术 经济指标可从同 类采矿方法的多个类似矿山的统计数据中加权 推算 暑 。 。 1 l _ l 式 中 所 设计矿 山的某项指标 ； ， 类似矿 山所 对应 的权重 值 一 类 似矿山所对应 的指标 ； 权值 w 的大小在不 考虑人 为因素肘 取 决 维普资讯 38 中 国 矿 业 1 9 9 2年 设计矿山与典塑矿山的弗响田蠢衰 寰 1 矿体厚度 顶板倾角 硕 板 稳 矿 石 稳 席 板 稳 采场生产 损 失 率 贫 化 率 罘 矿方 法 固 性 固 性 固 性 能 力 m ，值 ，值 ，值 t ／ d 牟 生 面 采 矿 怯 AL 1 5 2 1 3 8 l ～T B 1 ． 2 4 ～T B n 4 5 留 矿 全 面 法 Az 1 2 3 4 o , 5 5 1 0 ～1 2 8 ～1 0 1 0 ～i 2 5 0 i 6 3 5 中深 孔 房 柱 法 T 1 0 ～3 0 t o , , 1 2 1 2 ， q4 B ～1 0 2 2 5 1 T ． 5 9 电 耙 留 矿 法 A 1 9 1 3 6 ～ 4 5 口 g g 5 9 l o 1 7 ． 5 分 段 采 矿法 As 5 ． 5 如～5 5 g 9 9 3 0 0 ． 9 1 6 爆 力 运 矿 怯 AB 6 4 5 6 ～8 8 ～1 0 6 ～8 1 2 5 1 5 1 7 ． 5 耐 段 矿 房 诖 A7 i 6 5 T 8 ～1 0 6 ～l 0 4 ～6 4 3 O 1 1 1 分 层 充 填 法 A s 4 4 0 3 ～4 8 ， 叫 0 8 ～1 0 8 0 4 1 2 末坪金矿 A 9 1 与 T 盯 1 0 l O 1 0 T 5 5 1 8 于设计矿山的矿体赋存条件与其它对比矿山的 相似程度。如采场生产能力主要与矿体的走 向长度、矿体厚度、矿体倾角有 关} 采 矿 工 效、采矿回收率，采矿贫化率、采矿成本主要 与矿体厚度、矿体倾角、矿体上下盘围岩的稳 固性有关 。 因此，可 列关 系式 A B 2 即 。 】 ⋯ 。 一 】 2 ⋯ 6 l l 6 l z ⋯ 6 l Ⅲ 】 ⋯ b 6 】6 矗 2 式中Ⅱ r _ 一 设计矿山矿体赋存条 件 的 隶 属 度 ； 6 类 似矿 山矿 体赋存 条 件 的 隶 属 度 ； wr一 各生产 矿 山的权 值。 运 用徐罗曹李法解方 程 2 即得权 值 根据初选结 果， 各选 取四个采用浅孔 留矿 矿法．分层 充填 法和分段 空场 法的矿 山 见表 2。据式 1 2 推算东 坪金矿采用这三种 采矿方法时所能达到的技术经济指标推算结果 见表 3。 索坪盒矿与生产矿山矿体t存条件置技未经济描杯衰 衰 2 采 矿 矿山 陡 向长度 l矿体厚度 矿悻倾角 矿石 上盘围岩 }下盘圈岩 l 采场生 采矿工 采矿 采矿 采矿成本 m 血 ’ 尸 值 居产 f 产t鳇／ d 力 损 失 率 蕞 茹 元 ／ t 方 法 编号 B l B | B 3 B | B f B 8 B D B I BI 1 留 Ai 0 0 O ． 3 8 T T ． 5 9 9 9 6 6 1 1 ． 8 6 ． 9 6 “t 9 g g T 矿 Ai “t O 0 0 4 T 2 ．5 1 6 1 0 1 0 3 a T 6 3 9 6 8 “ t ． 2 5 1 4 ．6 采 矿 A j 9 0 0 1 ． 2 3 曲 5 口 1 1 l 1 5 0 T l 5 3 5 1 2 5 法 AI 5 0 0 1 ．9 i 4 0 g 9 g 5 g 9 ． 5 1 0 1 T ． 5 l 3 分 Al 3 1 5 5 4 6 1 4 i 6 1 6 T 0 1 2 ． 0 4 1 6 2 1 1 0 2 5 ． 2 口 慝 A 6 0 O O盯 T o T T 1 3 0 ．6 2 ． T 8 0 ． 66 6 42 5 1 4 ． 68 囊 A 1 2 0 0 2 ．g B 5 4 ．5 4 5 5 4 0 止 3 5 3 2 1 2 2 法 A4 3 2 口 1 ．5 T T i 2 1 2 1 2 5 0 2 2 6 6 8 5 1 6 ． “ 1 4 分 A1 T 0 0 01 T 5 5 1 0 1 0 1 D 2 i ． 2 3 ． 8 5 叽． 5 1 8 ． 2 6 段 A 1 6 0 0 3 ． 8 船 口 g 4 ． 5 1 2 2 1 T i ‘5 1 0 1 0 空 场 A 3 0 0 4 4 4 4 1 1 i 0 6 5 6 5 i 0 0 9 玉 1 0 3 0 1 0 ． 5 法 山 3 0 0 1 ． 5 6 T 5 9 口 g 8 0 1 1 5 g 1 6 ． 7 t 3 末砰盎矿 A 5 6 0 i 6 T 4 T 1 0 i 0 i 0 维普资讯 1卷 1 期 刘东等采矿方法的一种系统的选择方法 3 9 推算劬采矿方法技术经济指标裹 裹 3 采 场 生 产能 力 采矿工效 损 失 章 贫 亿 窜 采矿成本 采矿方法 t ／ d t ] 元， t 浅孔留矿j 告 l g ． 2 L 5 5 ． 3 B 9 O T ～9 ． 6 3 T ． 2 2 ～B ． 8 8 5 0 ． 0 2 5 4 ． 0 9 1 2 ． 拈～1 3 ． 5 T 分层充填j 告 ,1 0 ． B～l T ． T 6 2 ． 9 t ～4 T 4 3 ． 9 3 ～生 6 4 2 5 ． 1 3 3 0 ． 2 8 1 5 ． 1 5 1 T ． T 3 分段空场j 告 e 8 9 6 9 T ． T B B ． 1 4 1 0 口 6 T ． 0 5 1 L l 8 3 ni B ～l 2 3 1 3 ． 4 6 1 5 ． B 3 5 ．横 糊综 合决 策法 终选 采矿方法 元对 比排 序法 确定 。九个 因素 的隶 属度矩阵为 Cw 月一 wz ⋯u ⋯ 式中 C 各方案 的相对选择 率矩阵 } 各指标的权矩 阵 t 月。 模 糊关系隶 属度矩 阵。 运 用改进 的层 次分 析法 见 图 1一 次得 到权重值 。 w一 0 ． 0 8 2 ， 0 ． 1 5 2 0 ． 1 41 ，0 ． 0 5 4 0 ． 0 8 2 ， 0 ． 3 1 6 。 0 L 0 3 T ， 0 ． 0 3 2 ， 0 ． 1 0 4 田 1 改进的屡班分斩法流辊圈 对于模糊关系隶属度矩阵主要考虑采场 生 产 能力 ，采矿 工效 B 采 矿损 失率 c ， 采矿 贫化率 D ，采 矿成本 以及 采 矿方法采用后 的安 全程 度 F 施工 简单 程 度 ，矿 山熟悉程度 ．对 各类矿 体 的适应 程度 等九个 因素。 对于前五个 定量指标 见表 3 ， 由函数 法 求其隶 属度。 对于后 四个 非定 量指 标 由二 月一 ～ 0 ． 6 2 T 0． 1 3 2 0 1 0． 2 0T 0． 3 3 3 l l 0． 3 33 0． 5 30 0． 53 T 0 ． 4 6 8 D． 411 0 l 0． 25 0． 5 l 1 0 0 ． 2 6 8 D ． 9 1 4 0 ． 1 1 6 1 0． 3 33 0 ． 25 0 ． 25 据 式3 得 C X R一 0 ． 3 5 1 5 0 ． 6 5 8 5 0 ． 5 ,t 0 T 即浅孔留矿法的相对选择 率 为 3 5 ． 1 5 ， 分层充填 法的相对选择 率为 6 5 ． 8 5 ，分 段 空 场法的相对选择 率为 5 4 ．0 T 。 因此， 东坪 金矿应 主要采用分层充填 法。 三、 采矿 方 法 方 案设 计 根据模 糊数学 的选择 结果 和东坪金矿现场 条件进行 了上 向水 平分 层干 式充 填采矿法 方案 见 图 2 和 Ⅱ 壁充 填法 方案 见图 3 的设计 。 矿山现用 的普 遍浅 孔留矿 法方案见图 4。 囝 2上 向术 平分 屡干式充 填采 矿甚方 亲田 l 一充填井， z _ 一 混凝土隔墙J 3 一块石混凝土雇板l 卜 矿石雇柱l 5 一运输平巷l 8 --放矿井 l T 一人行井 w 维普资讯 4 0 申 国 矿 业 囝 3摹 I 壁充 填法方 案固 1 --人行井， 2 一蔼凝土底柱 3 一矿石底柱 4 一I 匝 路救矿井， fi --运输平巷 瞳 4 普 丑 海孔 皇矿 洼方 妻固 1 一人行顺路井’ 2 一矿石间柱， 3 一联络道， 1 --运输平巷， 5 放矿漏斗 四、 非 线 性规 划 方 法确 定 采矿 方 法使 用范 围 1 ． 技术 经济模型 的建立 采矿 方法方案 确定 后．对薄与极薄矿体 而 言． 回采过程 中采 幅宽、脉 宽与控顶高等参数 称截面 参数 的变化是影 响采矿技 术经 济指 标的关键 见图 5，因此，影响采矿方法吨 矿利税 的主要影 响 因素为 矿体的地质品位 、矿 体厚度 、矿 体倾 角三个 地质因素 和控顶 高， 采 幅两个 回采 基变 量以及 由此派 生出的一次贫 化 率和采矿成 本两个变 量。数 学表达式为 Ⅳ L 0 1 一 P】 1 一只 一 w ， 一L s 1 一P2 ／ z 0 一 ， w 4 式 中 Ⅳ 吨矿利税 ，元 ； x 一矿体厚度 I Z 一采幅 m Z 一肯 壁充填法崩矿幅度 h 一采高 皿 a 一矿体倾角 ‘ ． 瞳 ￡黄 金售 价，L一3 8 ． 4 元／ g { e 选冶 回收率， 8 0． g 21 8； 地质品 位，g ／ t ； P 一次矿石 贫化率， { 只 一 二次矿石贫化率。浅孔留 矿法，P 2 3 ； 削壁充填 法．尸2 1 0 ； 采矿成本 ，元／ t ； w 选冶成本 ， 一 4 6 ． 2 元／ ； 企业管理费， 6 元／ t ； 矿体厚度 ， { 最小采幅 宽度 。干式充填 法 0 1 ． 4 m， 留矿采矿 法 0 。 一1 ． 4 m， 削壁 充填法 0 0 0 ． 7 6 3 11 1 。 由式 4 根 据上向水平分层 于式充填 法， 削壁充填法 和浅 孔留矿法回采过程 的特点建 立 的非 线性 规划模型分别为 “ ⋯ 3 6 ． 3 9 T x／ z一 4 ． 6 7 6 s l na ／ Z S． t 0 ． 6 7 6 s i n口 1 2 ． 0 6 c ／ z 6 6 ． 4 5 4 1 ． 8 ≤ ≤ 2． 2 1 ． 4 ≤ Z≤ 3 ． 2 Z一 ／ Z≥ 0 5 Z≥ h C O S a ，Z， X ， 口 ≥ 0 维普资讯 1卷 1期 刘东等 采矿方法的一种 系统 的选择方法 4 1 “ml L S． t 3 1 ． 8 5 n X／ Z 一 4 ． 3 6 s i n a ／ Z 6 1 ． 1 3 2 1 6 ． 5 8 ／ Z 0 ． 8 9 Z／ Z ] 1 ． 8 ≤ h ≤ 2． 2 1 ． 4 ≤ Z≤ 3 ． 2 0 ． 6 Z一1 ． 6 Z f O 6 Z≥ h C O S a n ， Z ， Z h ， a， X J O “ 一 3 4 ． 3 3 5 n X／ Z～ 7 ． 1 6 ／ Z 0 ． 2 s i n a ／ Z 6 0 ． 2 1 8 l T 6 2 1 0 0 0 s l a a ／ 2 3 7 2 ． 1 5 2 5 2 ． 4 2 Z s i na } r 1 ． 8 ≤ ≤ 2 ． 2 I 1 ． 4 ≤Z≤3 ． 2 S ，{ zx ／ zfo T I z≥h c O S口 【 力 ， Z， ， d ， h f 0 根据上述 关系式 可得 不同矿体厚 度 倾 角的结果 ．本 文主 要研 究矿体倾 角 4 T 。时的结 果 。 总利税 的表达式 为 GO 1 一只 s - L ～ 叫 叫 叫， O 1一P ／ 1 一P ] 一O 1 一P ／ x 1 一 s L- h 一 叫 f 叫 ， ] 8 式 中Pl 一 次矿石 损失率 留矿法为 1 g ； 干式充填法为 5 ；前壁充填法 为 1 0 ； O矿 山总储 量， t。 2 ．最 小可 采厚 度的确定 最小可采厚度 由无 盈 亏的采 矿 税 前 利 阔 吨矿利税 和总利 税 确定 只 辛1 。当 u O和 G一0时， 由式 4和 式8 都 有 n 一 叫 J 叫 叫 。 Z o ／ 1 一 只 - 。 L 解此方程 得三种采矿 方法 的 值分别为 3 ． 0 8 m g ／ t 上 向水 平分 层 干 式 充 填 法 。 2 ． 9 5 m- g ／ t 普通浅孔 留 矿 法． 2 ． 1 3 m g ／ t 削壁充填 法 。 5 ． 采矿 方法 合理使用范围的 确定 由于地质赋 予条 件的复杂性，一个 矿山甚 至一个 矿体可 以并存 几种 采矿方法。 主要 的采 矿方法使 用范围 应 由总利 税法确 定， 辅助 的采 矿 方法使用范 围可 由吨矿利税 法确定。 1 总利税 法 ①上 向水平分层 干式充填 法与削壁充填 法 比 较 由于 1号脉矿 体储 量 O3 6 ． 2万 t．据 式 8 当矿 体厚度 为 0 ． 9 m时，干式充填法在地 质品位为 5 g ／ t 和 1 5 g ／ t 时，分别比削壁充填 法总利 税约 高1 7 3 万元和 1 g 0 万元 ；当矿体厚度 为 0 ． 8 m时 酌壁充 填法在地质 品位为 fi g ／ t时 比干式充填 法总 利 税 约 低 1 9 8万 元 和 8 4万 元 。 由此 可见 矿体厚度 小于 0 ． 8 0 ． 9 m 时， 采 用削壁充填法 ， 当矿 体厚 度大于 0 ． 8 “ - - ． 0 ． 9 m 时，则用干式充填 法。 ④上 向水平分 层干式充填 法与浅孔 留矿 法比较 当浅孔 留矿法与 干式充填 法总 手 【J 税 相 等 时 按式 8 得 *一3 ． T m g ／ t 。 当 n - 3 ． 7 m g ／ t时，浅孔 留矿法总利税 大 于 干式充 填法 ；反之 ，干式充 填法 总利 税较 大 。 由此可知 普通 浅孔留矿法不可 能成为东 坪 金矿 1号脉主要 的采 矿方法。 2 吨矿利 税法 ①浅孔 留矿法 与上 向水 平分层干式充 填 法 比较 两法吨矿利税相等 时， 按式 4 得 - T ． 3 m g ／ t 。从 图 6和 图 T可 见 ， 当 - T ． 3 m- g ／ t 时 浅孔 留矿法 比干式充填法 吨矿利 税为大。显 然对于地质 品位 小于 5 g ／ t 、厚度小 于 1 ． 4 6 m 的矿体 ，浅孔 留矿法 比干式充填法吨 矿利 税 高。 ⑦浅孔留矿法 与削壁充填法 比较 据 图 T，当矿体地质 品位为 5 g ／ t 、矿 体厚 度为 0 ． T ～0 ． 9 m 时． 二者 吨矿利税较接 近； 当 矿体厚度大 于 0 ． 9 m 以上 时，浅孔留矿法 比 削 壁充填法 吨矿利 税大 。 依据 比较 ，考虑 到浅 孔留矿法 采 矿 工 效 高，采场生产 能 力大 ，采场能储备 矿 石 的 特 点 在 矿体地质 品位 低于5 g ／ t ，厚 度 为 0 ． T ～ 1 ． 5 m 时，普通浅孔留矿法仍不失为一 种 可资 利 用的采矿方法 。 维普资讯 中 国 矿 业 1 g 9 2年 5 0 0 2 ,5 0 0 ． 0 - 0 8 0 ． 2 4 a ．5 6 0 ． 8 8 1 ． ∞ 1 ． 5 2 墨 6 q 暑1 5 g ， 七畸 三种采 矿方法 剥程 囝 I --削壁充填吨矿利税 元； Z --浅孔留矿法吨矿刺税 元 3 一千式充填 法吨矿利税 元 一 矿体厚度 丑] Ⅱ 一吨矿利税 元 墨 1口 ；5 g ， t耐三 稗杀寸方 j 蠡科税 墨 1 一削壁充填法吨矿利税 元， 2 一拽孔留矿法吨矿利税 元； 3 --T - 充填法吨矿利税 元， x --矿休厚度0 m t 卜一 吨矿利税 元 4 ． 小 结 根 据用总利税法 和 吨矿利税法对 采矿方法 最 小可 采厚 度和合理使 用境界 的分析，在 技术 上可行 的前提下 ，东坪金矿采矿方法 的使用范 围为 1 上 向水平分层千式充填法 一般 用于 地质品位大 于 8 g ／ t 、厚度大于 0 ． 8 --． ． 0 ．9 m的矿 体。 2 削壁充填法 一般用于地质 品位大 于 B g ／ t ，厚度为 0 ． 8 0 ． 9 m， n *值为 2 ． 1 3 m g ／ t 的矿体。 3 普通 浅孔 留矿法一 般用于地质品位 小于B g ／ t 、厚 度为0 ． 7 1 ． 5 m的矿体。 五 、结 论 1 ．采矿方法四步骤选择的方法能从众多 的可供选择 的采矿方法 中选出最优的采矿方法 方案．为 采矿方法选择提 供了一种系统 的方法 和理论依据。 2 ．模糊数学 方法 和非 线性规划原理的应 用，能 全面 准确地得 到定 量的分析结果．促进 了采 矿方法选择 的科 学化 。 3 ．根据推算的 技术 经济指标 终选采矿方 法和以吨矿翮税和总刺税最大来确定采矿方法 的使用范围符合 采矿方法选 择的实际，所选择 的采矿方法为 东坪金矿创造 了可观 的 经 济 效 益 。 收稿 日期1 9 9 2 年 4月 8日 作者 简介刘 末工 学项士．采矿工程 师，1 g B 3 年生， 毕业 于 中南工业 大学。 刘德 茂教授级 高衄工程 师 采矿研 究所 总工程师，毕业于中南工业大学 A S YS TEMA Tl C ME THODOL OGY FOR MI NI NG S YS TEM S ELECTI NG Li u Do ng Li u D e l a o C h a n ．q s h a Mi n ； n g Re s e a r c h I n r n t e ABSTRACT Se l e c t l o n of mi n i n g s y s t e ms wi t h s ys t e m e ng i n e e r i n g m e t h o d t hr o ug h f o ur r e s e a r c h s t a ge s c o l l e c t i n g da da o n mi n i n g s ys t e ms _s h oo s i n g t he t ype of mi n i n g s ys t e m s wi t h f u z z y m a t he ma t i c s m e t ho d，de s i g n i n g s c he me o f mi n i ng s y s t e m a nd n o n l i n e a r l y p l a n n i n g t he a p p l yi n g r a n g e s of s e l e c t e d mi n i ng s ys t e m i s de s c r i b e d i n t he pa pe r a nd i t s q ua n t l t a t l ve r e s u l t s a r e a l I r o u nd ， s c i e n t i f i c a n d a c c u r a t e ． The s e l e c t e d mi n i n g s ys t e m f o r Do ng p i n g Go l d M i n e h a s b r o ug h t c o ns l de r a bl e e c o o m{ c be ne f i t s ． KEYW ORDS M i a l n g s y s t e m； S ys t e m e n g i n e e r i n g ，Fu z z y m a t he ma t i c s ； Non l i n ea r pl a n ni n g 维普资讯