金翅岭金矿4号矿体采矿方法的优选.pdf

第 2 2卷第 6期 2 0 0 2年 I 2 月 矿 业 研 究 与 开 发 M I NI NG RD V0 1 ． 2 2 No ． 6 De c ． 2 0 0 2 文章 编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 2 0 60 0 0 40 3 金 翅 岭 金 矿 4号 矿 体采 矿 方 法 的优 选 周 罗中 长沙 矿山研究 院 ， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 根据金 翅岭金矿 4号矿体的开采技 术条件 ， 首先初 选 4种采矿 方法 ， 通过技 术 经济综 合 比较 淘汰劣势 明显 的方法 ， 对其 它方法 ， 应 用模糊数 学方法 ， 量化影响采矿法选择 的指 标 ， 建 立模 糊评判矩 阵， 最后 选择 出最佳的采矿 方法为下向人 工假顶 中央 天井分层进路 空场 法。 关键 词 采矿 方法 ； 模糊数 学 ； 优化选择 ； 下向分层进路 空场法 中图分类号 TD 8 5 3 ． 3 文献标 识码 A Op t i mi z e d S e l e c t i o n o f M i n i n g Me t h o d f o r t h e No． 4 Or e b o d y i n J i n g c h i l i n g Gol d M i n e ZH OU Lu o- z k o n g C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ， Ch a n g s h a ，Hu n a n 4 1 0 0 1 2， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e mi n i n g t e c h n i c a l c o n d i t i o n s i n t h e No． 4 o r e b od y i n J i n g c h i l i n g Go l d M i n e ，f o u r n fi n i n g me t h o d s we r e p r e l i n fi n a r i l y s e l e c t e d．Th r o u g h f u r t h e r o p t i mi z e d s e l e c t i o n b y co mp r e h e n s i v e comp a r i s o n i n t e r ms o f t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c i n d i c e s ．t h e d i s a d v a n t a g e d me t h od s we r e e l i mi n a t e d．W i t h t h e r e ma i n i n g c a n d i d a t e me t h od s ，a f u z z y ma t h e ma t i cal me t h od wa s u sed t o q u a n t i f y t h e i n d i c e s a f f e c t i n g t h e s e l e c t i o n o f t h e mi n i ng me t h od s a n d a ma t r i x wa s e s t a b l i s h e d f o r f u z z y e v a l u a t i o n ．F i n a l l y，t h e b e s t mi n i ng me t h od wa s s e l e c t e d，i ． e ．t h e d o wn wa r d s u b l e v e I d r i f t o p e n s t o p e me t h od wi t h a r t i f i c i a l l y f a k e r o o f e d r a i se ． Ke y W o r d s M i n i n g me t h od ，Fu z z y ma t h e ma t i c s ，Op t i mi zed s e l e c t i o n ，Do wn wa r d s u b l e v e l d r i f t o p e n s t o p e me t h od 1 矿 床 概况 、 金翅 岭金矿床位 于招 远 市城北 ， 属于混合 岩化 一 重熔 岩浆 中温 热 液裂 隙 或破 碎 充填 交代 金 矿 床 。该矿床长 约2 k m， 宽 约 1 k m， 共 发 现有 破碎 蚀 变带 2 1条 ， 4号 矿体赋存 于 P 4号破碎蚀变带 中。 矿区内主要发育 断裂 构造 ， 成 矿前 构造 一般延 长达 3 ～6 k m， 多被后 期闪长玢岩 、 石英 闪长玢岩 等 脉岩充填 ； 成 矿期 构造 为控 矿 构造 ， 主 要 发育 有硅 化 、 绢云母化 、 钾化 、 黄铁 矿化 等蚀 变 的构造 岩和石 英 细脉 ， 组成含金 矿化蚀变带 ， 矿化较 强的部位 则形 成金 的工业 矿体 ； 矿石 中主要金 属矿物为黄铁矿 ， 其 次 为方铅 矿 、 闪锌 矿、 黄铜矿 ， 局部有极少量辉铜矿 、 斑铜 矿、 辉钼 矿、 磁 黄铁 矿 、 自然 金等 。非 金 属矿物 主要为石英 ， 其 次 为长石 、 绢 云母 、 方 解石 等。矿 石 中有用元素为金 。矿床水 文地质条件 属于简单一 中 等复杂类型 。 2 矿体 开采技术条件 4号 矿 体 为 隐 伏 矿 体 ， 赋 存 标 高 为 一1 9 0～ 一 3 0 0 m， 距地表约3 0 0 m。矿体走 向为 NE， 走 向长 度 3 0 0 --4 0 0 m， 矿体厚 度一 般 为l --2 m， 最大 厚度 4 r I 1 ， 平均厚 度 _1 ． 5 m左 右 ， 矿 体倾 向 Nw， 倾 角 6 0 。 -- 8 0 。 。矿体中节理裂 隙极 其发 育 ， 矿石硬 度系数 厂 4 ～7 ， 遇水 易泥化 ， 属极 不稳 固型 矿体 ， 松散 系数 为 1 ． 5 ～1 ． 8 ， 平均 抗压 强度5 5 ． 4 MP a ， 自然 安息 角 4 0 。 3 0 。矿石含金 品位平均在8 g ／ t 左右 。 矿体围岩主要为 绢云母化 混合 花 岗岩 ， 其 次 为 收稿 日期 2 0 0 20 30 8 作者 简 介 周罗 中 1 9 5 7一 ． 男 ． 湖南 湘 乡人 ． 教授级 高级 工程师 ． 主要从 事采矿 技术研究 维普资讯 第 6期 周 罗 中金翅 岭金 矿 4号矿 体采 矿 方 法的优 选 5 硅化绢 云母混合 花岗岩 、 高岭土化混合花 岗岩 、 闪长 玢岩等 。绢云母化 混合 花 岗岩 坚硬 ， 节 理裂 隙不 发 育 ， 厂系数 约为 1 0； 硅 化绢 云母化 混合花 岗岩坚 硬 ， 节理裂 隙不 发育 ， 厂 l l ； 高岭 土化混合 花 岗岩较松 软 ， 易破 碎 ， f6， 节 理一 般 不 发育 ， 但 岩石 抗 压抗 剪强度 低 ， 易 引起坍 塌 ； 闪长 玢岩较 坚 硬 ， 但近 矿处 岩石 较破碎 ， 节理 发育 ， 易 引起坍 塌 。上 盘围岩平 均 抗 压 强 度 l l 7 ． 3 MP a ， 下 盘 围 岩 平 均 抗 压 强 度 l 3 6． 6 M Pa 。 3 采矿方 法选择 3 ． 1 采矿方法初选 根据矿体 赋 存 条 件 ， 从 简单 、 安 全 、 高 效 、 低 贫 损 、 低成 本的原 则出发 ， 初 定如下 4个方案 供选择 。 方案 I 下 向人 工 假顶 中 央天井 分层 进路 空场 采 矿 法 ； 方案 I I 下 向人 工 假顶 端部 天井 分层进 路 空场 采 矿 法 方案 Ⅲ 下 向分层 胶结充填采 矿法 ； 方案 1 V 超前护 顶上向分层干式充填 采矿法 。 根据 以上 4个 方案各 自的技术经济指标和优 缺 点 ， 进行技术 和经 济 比较 ， 比较 结果 淘 汰 了方 案 Ⅳ ， 其余 各方案在相互 比较 中优 劣势不 够 明显 。为 了全 面准确地评价各方 案 ， 达到最优化 的 目标 ， 引入模糊 数学方法进行模 糊评判 。 3 ． 2 模糊 数学综合评 判 3 ． 2． 1 因素层次关 系和权值计算 通常影 响采 矿方 法选 择 的因素 很多 ， 根 据金 翅 岭金 矿 的 具 体情 况 ， 采 矿 方 法 选 择 主要 考 虑 安 全 B1 、 经济 B2 、 资源 B3 、 效 率 B 4 4个 因素 ， 各 层次诸 因素问 的关 系见 附图 。 最 优采 矿 方 法 A 一 安 全 因 素 B ． 经 济 因 素 B 2 资 源 因 素 B 】 l 效 率 因 素 B | ＼ ／ ＼ 、 ＼ 顶 通 采 采 损 贫 采 生 板 风 矿 切 失 化 矿 产 安 条 成 比 蜜 蜜 工 能 全 件 本 效 力 C C C C‘ G C6 G C l 附 图 因素 层次 结构 图 采用 T． L． S a a t y的 I ～9标 度方法 ， 其方法 和具 体含义见 表 l 。 表 1 定性因素标度及其含义 标度 含 义 1 两因素 相 比 ． 同样 重要 3 两 因素 相 比． 一因素 较另 一因 素稍微 重要 5 两 因素 相 比． 一因素 较另 一因 素明显 重要 7 两 因素相 比， 一 因素较 另 一因素 强烈 重要 9 两 因素 相 比． 一因素 较另 一因 素极端 重要 2． 4 ． 6 ， 8 上 述两 相邻 判断 值的 中值 倒 数因素 i与 因素J的 比为 ％ 。 因素 与 i的 比为 c j i 1 ／ c 根据表 1进行两 两 因素 间 的重要 性评 价 ， 可得 出因素 A与 B的模糊判 断矩阵如下 用 同 样 的方 法 ， 可 建 立 因 素 Bl C、 B2 一 C、 B3 一 C和 B4 一 C间的模糊判断矩 阵。 根据不相容度 来 检验上 述判 断矩 阵 的相 容 性 ， 当 CJ ≤ 0 ． 1时 ， 认 为判 断矩 阵 的相 容 性 好 ， 否 则 ， 重新调 整判 断 矩阵 。根据不 相 容度计 算 公式 可 知 ， 为计算 CJ值 ， 首 先 要 求 出判 断矩 阵 的 特 征 根 。为简化计算 ， 采用 变通方 法 ， 即如果 判 断矩 阵 A 满 足口 ≥ l ， ≥ I ， n ≥ l ， 就认 为矩 阵的相 容性 好。具体为作一个 0 一I 布尔矩阵 A n 使 得 ， f 1 ， a ii ≥I 1 0 ， I 如果布尔矩阵满足 A 以 A 则判断矩阵相容性好 ， 否则相容性不 好。 对判断矩 阵 A， 将其转换为 布尔矩 阵计算得 A o A l l 0 1 0 0 0 1 I l 0 l 0 0 0 I l l l l l 0 1 I l I I I l 0 I I 1 l 0 l 0 0 0 1 A l I l I l 0 1 1 维普资讯 6 矿业 研究 与开 发 第 2 2卷 由此可见 ， 矩阵 A 的相 容性好 。 用 同样 的方 法 计 算 ， 得 出 Bl ， B2 ， B3 ， B4矩 阵 的相容性好 。 判 断矩 阵相容性 好 ， 则可用 矩阵 的最 大特 征根 ～ 对应 的特 征 向量 作 为权重 向量 。采用 变通方 法时 ， 用下式 计算每层各 因素的权 值。 口 √ 盟 口 巧 对矩阵 A b ， 2． 5 9 4 厂T一 b z 4 1 1 5 1 1 1 4 b3 弼- o -3 4 4 r 一 b 4 _ √专 1 3 1 l 0 0 归一化 以后得 b 0 ． 5 1 ， 0 ． 2 2， 0 ． 0 7， 0． 2 0 采用 同一 方法计 算 出矩 阵 Bl ， B2 ， B3 ， B4各 因 素的权重值并归 一化后得 C 1 0 ． 9 ， 0 ． 1 0 C 2 0 ． 4 1 ， 0． 1 0， 0． 0 5， 0 ． 1 7 ， 0 ． 2 7 C 3 0 ． 1 7， 0． 8 3 C 4 0 ． 7 5 ， 0 ． 2 5 各 分指标 Cl ， C2 ， C 3 ， C4 ， C5 ， C6 ， C7 ， C 8 对 总 目标 A 的权重分配值 可 由表 2计算求得 。 表 2 因素权重 w 值计算表 由上 表 可 知 ， W 0 ． 4 6 ， 0 ． 0 5 ， 0 ． 0 9 ， 0 ． 0 2， 0 ． 1 0， 0． 2 1 ， 0． 0 5 3 ． 2 ． 2 模糊综 合评判 由初选结果可知 ， 决策论域为{ 方案 I， 方案 Ⅱ， 方案 Ⅲ{ ， 影响 采 矿方 法选 择 的主要 因素集 合 为 { 顶板安全 C l ’ 通风条件 C 2 ， 采矿成本 C 3 ， 采切 比 C 4 ， 损失 率 C5 ， 贫化率 C6 ， 采 矿工 效 C7 ， 采 场生 产 能力 C } 。上述各 因素 中定量指 标参考本 矿和 国 内外类似 矿山选取 ， 定性 指标 则 由专 家按 最差 、 差、 较 差、 中等、 较好 、 好 、 最 好 7个 标 准进行 评 比， 因 素 指标 值见 表 3 。 表 3 主要因素指标 ⋯ ， C3 C4 C5 C6 C7 C8 指 标 c- c 元 t t ／ 班 t ／ d 方案 I 较好中等5 0． 7 8 1 5． 9 4 4 2． 8 5 3 5 方案 I ／ 较好最 好5 5． 2 3 2 2 ． 3 4 4 。 2 ． 8 5 3 5 方案 Ⅲ 最好中等5 9． 2 2 1 4 ． 3 2 4 2 ． 4 8 2 5 表 3中各 指标值的单位不 同 ， 为便于 比较 ， 首先 对指标进行无 量纲化 ， 然 后构建 一个 评 价模糊 矩 阵 R， 其 中对定量 指标 由下式 确定 ， 一， 当 为负指标时r ij l_ ff ． 当 为正指标时 r ij 式 中 ～ 因素指标 的最大值 ； ． 抽 因素指标 的最小值 ； 级 差值 ， d 一 ； ， ， 方莉因素的指标值。 对其余定性指标 采用 等 级评 定法 ， 按 如下 7级 赋值标准 给出评 定值 最差 差 较差 中等 较好 好 最好 由此得评价模糊矩阵 R 为 R 0． 6 5 0． 5 l 0． 8 0． 1 l l l 0． 6 5 0． 9 5 0． 4 7 0． 1 0． 1 1 l l 0． 9 5 0． 5 0． 1 l l 1 ． 0． 1 0． 1 运用加权平均模型 M ， ④ 对各方案进行评价， 计 算结果为 A W o R 0． 7 9 2， 0． 7 4 3 ， 0 ． 6 3 7 一 下转第 l 5页 维普资讯 第 6期 昊爱祥等- i - l 二矿 区深部开发面临的问题及 对策 l 5 坏 。围岩支护方式 可分 为 被动 支护 和主 动支 护 ， 被 动支护是 限制 围岩 的变形 破坏 ， 而主 动支护 是 以加 固围岩 为 目的 ， 利用 围岩 的 自撑 能力来 限制 围岩 的 变形破坏 。在金川二 矿 区这 样 的矿 山 ， 实 施开挖 几 小时后 围岩就有可 能 发展 成 为碎 裂体或 松 散体 ， 支 护对象是破 裂后 的剪 胀变 形 围岩。 试验 表 明 ， 岩 石 的峰 值强 度和残余强 度对 围压很 敏感 ， 即较小 的 围 压就可 以较 大地提 高围岩 的强度 ， 因此 ， 在金川二 矿 区采用 锚杆 支护 这 种 主 动 支护 方 式是 合 适 的。但 是 ， 提 高锚杆支护 系统 的 强度 和改善 围岩 特性 才 能 取得 较好 的支护效果 。 国内外 的研究 表 明 ， 可从 两个方 面来 考 虑提 高 锚杆 支护系统 的强度 ， 一是 采用 预应力锚杆 ， 预应力 锚杆 所提供的初锚 力一 开始就给 围岩施加一 定的围 压 ， 可及 时阻止围岩变形 和破坏 ， 二是提 高锚 杆系统 的刚度 ， 即提高 锚杆对 围岩 变形 的敏感性 ， 在围岩与 锚杆 之问产生微小 的相 对错 动 时 ， 迅 速 提高 锚杆 的 锚固力。根据文献[ 5 ] ， 锚杆上的剪应力为 r z C e 一 石 占 式 中 r 点处粘 结剂作用 于锚杆 表面 的粘 接 力 ； K] n n i n } Kl ， K2 } ， Kl 为粘 结剂 的翦切 刚 度 ， K2为围岩的剪切刚度 ； E锚 杆 的杨 氏模量 D锚 杆 的直径 ； C 常数 。 由上式可见 ， 锚 杆上 的剪 切力 是 随锚杆 长度 呈 负指数递减， 增加锚杆长度并不是有效的方法， 增大 锚 杆直径也要受 到矿 山生产条件 的诸 多限制。实际 上 ， 在保证 施工质量 的前提 下 ， 锚 固体 的实 际锚 固力 主要取决于孔壁与粘结材料的强度特征。根据莫尔 一 库仑理论 ， 提高粘结材料 的抗剪 、 抗拉强度和刚度 以及增大孔壁和锚杆表面的粗糙度 ， 可提高锚杆系 统 的刚度 ， 从而 达 到有 良好 的支护 效果 。岩体破 碎 是金川二矿 区地层 的基本 特点 ， 试验表 明 ， 通过注浆 可 以将破碎 的岩体胶结 为整体 ， 强度 高几倍 ， 类似 于 在 围岩 内形成 一个混 凝土加 固圈。将注浆 与锚杆有 机地结合起来 的锚 注支护试验在金川二 矿区取 得了 成 功 。 目前正在推广应用之 中。 4 结 语 金川二 矿区正 面临着深部采矿所带来 的一 系列 问题。要 实现二矿区深部矿体 的安全 、 高效 、 低成本 开 采 ， 必须坚持走科技创新之路 ， 吸收和 消化 国内外 先进采 矿技术 和经 验 ， 不 断的改造和改进生产工艺 ； 统 筹规 划深部开拓巷道 和 开采顺 序 改 进深部 开 采 的岩层控 制技术 ， 尤 其是提 高 锚杆 支护 系统 的强 度 和刚度 ， 会得到事半功倍 的效果。 参考 文献 [ 1 ]莫里森 DM． 未来的深部硬岩开采[ J ] ． 国外金属矿山． 1 9 9 7 2 ． [ 2 3刘同有 ， 等． 充填采矿技术与应用[ M] ． 北京 冶金工业出版社 ． 2 0 01 ． [ 3 ]徐松林 ， 吴文． 王广印． 大理岩等鼠压三轴压缩全过程试验研究 r 三轴压缩全过程和峰前、 峰后卸围压全过程试验[ J ] ． 岩石力 学 与工 程学报 ． 2 0 0 1 ． 2 0 6 ． [ 4 ]陆士良． 漆泰岳． 强初撑急增阻高阻力锚杆的支护机理[ J ] ． 中国 矿业大 学学报 ． 2 0 0 0． 2 9 1 ． [ 5 ] 汤雷 ． 蒋金平． 锚杆支护强度[ J ] ． 地下空间． 1 9 9 7 ． 1 7 2 ． [ 6 ]朱焕舂 ， 荣冠． 肖明． 王涛． 张拉载荷下全长粘结锚杆工作机理实 验研究[ J ] ． 岩石力学与工程学报 ． 2 0 0 2 ． 2 1 3 ． [ 7 ]王红霞 ． 杨新安． 黄宏伟等． 金川不 良岩层巷道锚注支护 试验研 究[ J ] ． 岩石力学与工程学报． 2 0 0 1 ． 2 0 6 ． 上接第 6页 4 结 论 根据最 大隶 属度原则 ， 方案 I， 即下向人工假顶 中央天井分层 进路采矿法为最优方案 。该方 案为沿 矿体走 向划分矿 块 ， 矿块 长6 0 m， 高为 中段 高度 ， 宽 为矿体 的水 平 厚 度 ， 问柱 宽2 r l l 。在 矿块 中央 下 盘 距 矿体边 界2 ～3 m处 布置 人 行 、 通 风和 溜 矿 天 井 ， 联通上下中段脉外运输平巷 。回采 前在矿块上部沿 脉平巷底板上 浇灌钢 筋混 凝 土底板 作为 人工 假 顶 ， 自中央天井向采场两 端进 路式 、 从 上 而下逐 分层 回 采 。回采 用 7 6 5 5钻 机凿岩 ， 非 电微差起 爆 ， 人工 或 电耙出矿 ， 局扇通 风。必 要时用锚杆钢丝 网护 帮。 维普资讯