基于模糊评判的杨家湾铁锌矿开采方案优选.pdf

I SSN 1 67l 一 2 9 00 CN 4 3 1 3 4 7 ／ TD 采矿技术 第 1 3卷 第 1期 M i n i n g Te c hn ol o gy，Vo 1 ． 1 3， No． 1 2 0 1 3年 1月 J a n ．2 0 1 3 基 于 模 糊 评 判 的 杨 家 湾 铁 锌 矿 开 采 方 案 优 选 徐 飞 ， 褚 洪涛 ， 刘 晓亮 长沙矿山研究院有限责任公司 金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 杨 家湾铁 锌矿 矿 山开采技 术 条件 复杂 ， 矿 区西侧有 公路 和 河流 。为保 护地表 的公 路 和 河流 ， 针 对矿 山二 期安 全生 产 实际情 况 ， 使 用模糊 数 学综合 评判 法对 4种 采矿 方法进 行评判 ， 选择 1 2种安全、 技术、 经济等指标 ， 最终得 出建议以上向进路充填采矿法为主， 其 它充填 采矿 法 为辅 的 结论 。 关 键词 无底 柱 分段崩 落法 ； 充 填采矿 法 ； 矿 山安全 ； 模 糊数 学 ； 采矿 方 法 0 前 言 杨家湾铁锌矿矿区西部紧靠常年流水的洛河 和 磨徐公路 ， 东部是马家湾上部的大沟 ， 矿体上部冲沟 纵 横 、 切割严 重 ， 地形 比较 复杂 。 矿 山一期采用无底柱分段崩落法开采 ， 开采 已 造 成地 表 3处 塌 陷 ， 地 表 移 动 边 界 距 离 洛河 较 近 。 二期工程若采用崩落法开采 ， 引起地表移动变形范 围内有洛河和公路， 且存在部分位于洛河和公路下 面的“ 三下” 矿体 。若开采继续沿用无底柱分段崩落 法 ， 地表塌陷范围将扩大 ， 可能引起矿体上方公路 、 河流的破坏 。因此， 二期使用充填采矿法开采 。进 行 安全 采矿 方法研 究 ， 旨在 选取 适合 矿 山生产 、 技 术 可行 、 经济合理 、 安全可靠 的采矿方 法， 保证矿 山稳 定 生产 ， 达 到 良好 的经 济效 益 。 1 矿 山概 述 1 ． 1地质 概 况 杨家湾铁锌矿为以磁铁矿、 铁闪锌矿为主的隐 伏铁锌矿床 ， I 、 I I号矿体规模很小 ， I I I 号矿体是最 主要 的矿体 。I I I 号 矿体 受 F 1与 F 2两 断 层 的羽 裂 控 制 ， 规模 较大 ， 铁锌 品位 较高 ， 几乎全 为 铁锌矿 石 ， 是开采的主要对象 ， 占总储量的 9 5 ． 5 。矿体厚度 4 ． 5 ～4 7 ． 4 m， 平均 2 9 m。倾斜延伸 2 0 0 ～3 0 0 m， 到东部边缘延伸仅数十米 ， 矿体呈较规则的大透镜 体 状 。 矿石 铁 锌 品 位 相 对 较 高， TF e 2 1 ． 6 2 ～ 3 4 ． 9 5 ， 平 均 3 2 ． 8 2 5 ； Z n 1 ． 5 9 ～ 3 ． 3 5 ， 平 均 2 ． 9 3 9 ／ 6 。铁锌品位在走向上变化 铁较均匀 ， 锌在中 部高 ， 东西两侧偏低 。铁锌品位在倾 向上变化 矿体 头部和尾部铁锌 品位偏低 ， 在矿体 中部则较高。沿 矿体厚度方 向， 铁无明显变化 ， 锌在矿层顶部及底部 较高 ， 中部偏低。 其 主要 断层 为 黑 沟 断层 ， 在 矿 段表 现 为 近 于平 行 的两断层 ， 即 F 1 、 F 2断层 。两断层走 向近东西 ， 倾 向南 ， 倾 角 6 O 。 ～7 5 。 。 断层 横 穿 河 床 ， 延 伸 很 远 。 在开采过程 中， 应对该断层的渗水情况进行实 时监 测 ， 以保 证 矿 山安 全 。 矿 区含水层主要为第四系全新统冲洪积相砂砾 石含水层 ， 与洛河水联系密切 ， 是富水性极强的含水 层 。其次是长城系宽坪群叫河组大理岩系岩溶裂隙 含水层， 为矿体的间接顶板 ， 含水层厚度 8 3 ． 3 m， 岩 溶 裂 隙少见 ， 局部 地段 见细 溶孔 ， 为弱 含水 层 。矿 区 黑沟 断层和 南沟 断层 为隔水 断 层 。 1 ． 2生产 现状 矿体与 围岩稳固性差 ， 最大安全跨度为 4 m， 巷 道 以及 进路 均采 用喷 锚 网支护 。先 打锚杆 铺设 金属 网 ， 隔一个 班工 作 时 间再 进 行 喷 射 混凝 土 。凿 岩爆 破等在两个分段 内作业 ， 各 中段作业互不影响。采 用无底柱分段崩落法 ， 大块率为 5 9 ／ 6 左右， 损失率为 2 1 ， 贫化 率为 2 2 ． 5 。 矿 采 区范 围 内共有 4个 中段 ， 目前 4 0 0 m 中段 已采 完 ， 3 5 0 12 ]中 段 正 在 开 采 ， 3 0 0 IT I中段 正 在 开 拓。一期工程开采对象为 1 4 5 ～1 6 0线之 间的 3 0 0 m 中段 以上的矿 体， 采用无底 柱分段崩落法 ， 地表 已形成 3 个塌陷坑， 地表移动界线离洛河较近。 二期工 程 开 采 对 象 为 2 0 0 m 以上 以及 一 期 范 围外矿体 ， 储量较大。部分矿体位于洛河和公路下 面， 属于“ 三下开采” 。若继续沿用一期工程的无底 柱分段崩落法 ， 地表塌落范 围将进一步扩大， 可能引 徐 飞 ， 等 基 于模糊评 判的杨 家湾铁锌矿 开采方案优 选 5 起公路 、 河流的破坏。同时， 崩落法 回采矿石的损失 率、 贫化率较高， 资源 回收率低 ， 作业安全性较差 。 井下 矿岩 稳 固性差 ， 矿 体及 围岩风 化 ， 部 分支 护 地段仍有片帮现象 ， 巷道以及进路 均采用喷锚 网支 护。随着矿山生产向下延伸 ， 崩落 法已不再适合矿 山生产。为了维持矿 山经济效益 ， 满足矿 山整体运 营 目标 ， 提高矿石回收率 ， 拟采用充填法开采二期工 程有 用矿 石 。 2 采 矿 方 法研 究 2 ． 1 崩落 法 转充填 法 矿山一期使用崩落采矿法 ， 二期拟采用充填采 矿法 。充填采矿法能有效地控制地压 、 缓解岩石移 动 ， 适应性强且能有效地剔除夹石。矿 山崩落采矿 法转充填采矿法能够保护矿体上方的公路、 河流 ， 获 得较低 的贫化率和损失率。然而 ， 充填法也存在一 些缺点 采场需充填， 生产成本较高 ； 需增设充填站、 充填管路等 ， 建设投资大 ； 增加 了充填供需 ， 采矿工 艺复 杂 ； 井 下 矿岩稳 固性差 ， 开采 时 ， 矿房 、 矿 柱规 格 不 宜 太大 ， 生 产能 力受 限 ； 可 能存 在二 次 损失 贫化 。 2 ． 2 模糊 数 学优 化 采矿方 法 根据开采技术条件 ， 可供选择的充填法有上 向 分层充填法、 上 向进路充填法 、 下 向进路充填法和点 柱充 填采 矿法 。 模糊综合评判进行采矿方法选择时 ， 需考虑诸 多因素 ， 如矿 体赋存形态 、 开采技术 条件等技术 因 素； 矿石的损失率 、 贫化率 、 矿石价值 、 生产成本等经 济因素 ； 矿岩稳 固性情况 、 地压控制 能力等安全 因 素； 以及工艺复杂性 、 管理难易程度、 作业条件等其 他因素 。这是一个涉及多层次、 多 目标、 多因素 、 多 指标的决策过程。 1 建 立数 学模 型 f， 1⋯ ～ ] Mx R z 1 ， 2 ， z 3 ， ⋯， z f i ‘ ． i l ⋯ j 1， 2 ， m3， ⋯ ， n 式 中 ， 为 k个 指标 构成 的权 重 向量 ， 设 评价 对象 系 统 x 中有 k个指标组成集合 X一 z 。 ， z ， z 。 ， ⋯ ， ， 其 中 为集合 中的指标 ， i 一1 ， 2 ， 3 ， ⋯， k ， k为 评 价 指标 的指 标个数 。本次评 判 共选用 1 2个指 标 ， 分别为 矿块生产能力、 贫化率 、 损失率、 矿 石 厂系 数 、 围岩 厂系数 、 矿体厚度、 通风效果 、 作业安全情 况 、 实施难易程度、 采矿成本 、 矿体适应程度 、 采场地 压控制 ； R为J个方法 k个评价 因素构成 的隶属度 矩阵 ； M 为各方法的综合评判量 ， m ， ， 。 ， ⋯， 为各方法的综合满意度或者综合优越度 。 2 4 种采矿方案主要技术经济指标及其评判 指标见表 1 。由表 1 得 出的特征向量矩阵 表 1 采矿方案主要技术经济指标及 其评判指标 。 矿块生产能力 损 失率 贫化 率矿石 ， 围岩 ， 分 层厚度 通 风效 果 作 业安全 实施难 易 矿体适应 采矿成本 采矿地压 z l ／ t ／ 班 z 2 ／ X 3 ／ 系数 乳系数 z 5 z 6 ／ m z 7 情 况 z 8 程度 9 程度 z l o z1 l 控制 z 1 2 注 F为方案集 ， F一 Fl ， F 2 ， F 3 ， ⋯ ， F 。 r a 1 1 ． 1． A I l 1 1 OO 5 0 8 4 1 2 6 6 6 7 7 3 4 40 1 O 0 4 l 3 6 1 5 6 6 7 7 4 3 考虑到矿岩 ，系数相 同， 故 厂系数对评估结果 的影响一样 ， 为简化计算 ， 在规格化中， 略去 ， z 。 对越大越优指标 b ， 一 一 ； 对于越小越优指 maxa 一 。 则规格化后为 1 1 1 ． B 一 s l； j 1 0 ．5 O ．5 1 O． 5 1 O ． 7 5 1 O ． 4 1 1 0． 3 0 8 1 O ． 4 1 O ．7 5 根据语气算子与定量标度相对隶属度关系， 得 B 一 0 ． 6 6 7 0 ． 4 2 9 0 ． 3 7 6 0 ． 6 6 7 下转第 3 2页 3 2 采矿技 术 3 结 论 通过对建筑施工期间进行沉降观测 ， 使建筑物 的安全处于受控状态 。当监测对象存在不安全 因素 时 ， 通过监测可及时发现并掌握其变形演变过程和 发展趋势。同时 ， 通过不均匀沉降监测数据分析 ， 确 认 和分析 各建 筑物 在施 工过程 中产 生垂 直度偏 差 的 原因， 防止偏差继续发展 ， 提前指导垂直度纠偏工作 的进 行 ， 为各栋 建 筑物 的施 工管理 提供保 证 。 参 考 文 献 [ 1 ]黄声享 ， 等． 变形监测数据 处理[ M] ． 武汉 武汉 大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 杨鹏源． 全站仪水准法及 在某体 育馆沉降观 测 中的应 用[ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 0 9 ， 2 9 2 3 3 3 5 ． [ 3 ] GB 5 0 0 2 6 9 3 ． 工程测量规 范I S ] ． [ 4 ] GB 5 0 4 9 7 2 0 0 9 ． 建筑基坑 工程测量技术规范I S ] ． [ 5 ] J GJ 8 2 0 0 7 ． 建筑变形测量规范I s ] ． 收 稿 日期 2 O 1 2 1 O 一 3 0 作 者 简介 时 玉金 1 9 6 9 ～ ， 男 ， 湖 北 钟 祥 人 ， 测 量 工 程 师 ， 主 要从事矿 山测量 工作 。 上 接第 5页 B 一 0． 4 2 9 0 ．6 6 7 0 ． 81 8 0． 5 3 8 B 一 0． 7 3 9 0 ．5 3 8 0． 3 3 3 0 ．6 6 7 B 。 一 0 ．6 0 0 0． 5 3 8 0． 3 7 9 0 ． 81 8 B ， 一 0 ．5 3 8 0． 81 8 0 ．9 0 5 0 ． 66 7 B ， 一 0 ．6 00 0． 7 39 0． 8 1 8 0 ． 6 67 3 综 上 ， 得 到综 合隶 属矩 阵 R B一 1 0 ．5 O ．5 O． 7 5 0 ． 66 7 0 ． 42 9 0 ．7 3 9 0 ． 6 00 0 ．5 3 8 0 ． 6 00 1 0 ． 3 0 8 0 ． 4 0 ．7 5 O ． 6 67 0 ． 5 38 O ． 6 67 0 ． 81 8 0 ． 66 7 0 ． 6 67 把 1 2个影 响因素分为安全、 技术 、 经济 和其他 4类 ， 则通 风难 易程 度 、 作 业安 全 情 况及 地 压 控制 归 类为安全 ， 矿块生产能力、 损失率 、 贫化率、 实施难易 程 度 和矿体 适应 程 度 归类 为 技 术 ， 采 矿 成本 归 类 为 经济 ， 矿石 厂系数 、 围 岩 厂系 数 和 矿 体 厚 度 归 类 为 其 他 。 在 采 矿 活动 过 程 中 ， 首要 考 虑 的 问题 是 安全 上 要可靠 ， 然后技术上可行 、 经济上合理， 并满足其他 的特殊 条件 。根 据 l 2个 因素 的重要性 ， 采 用 十分制 给各因素打分 ， 得到一个权重分配行 向量 ， 即 X 0．0 6 7， 0 ．08 3， 0 ．0 83， 0 ．0 5， 0． 05， 0 ．0 3 3， 0． 1， 0． 1l 7， 0 ．1， 0 ． 0 67， 0 ．1， 0 ．1 5 由 M XR得 M 一 0 ． 6 49 5， 0． 7 3 6 0， 0 ． 73 1 0， 0． 6 6 84 故方案的优劣次序为方案 F 方案 F 。 方案 F 方 案 F ， 即上 向进路 充填 采矿 法 下 向进 路 充 填采 矿 法 点 柱充 填采 矿法 上 向分层 充 填 采 矿法 。 从评 判 指 标 和评 判 结果 可 以看 出 由于杨 家 湾 铁锌 矿井 下矿 岩稳 固性差 ， 上 向 、 下 向进 路充 填采 矿 法能够很好地控制地压 ， 优于点柱充填采矿法和上 向分层充填采矿法 ， 考虑到矿石价值、 经济效益等因 素 ， 推荐使用上向进路充填采矿法 ； 对于矿岩稳固性 较好 的地段 ， 可以使用点柱分层充填采矿法和上向 分层 充 填采 矿 法 ； 考 虑 到 矿 石 价 值 、 经 济 效 益 等 因 素 ， 点柱 分层 充填采 矿 法优 于上 向分层充 填采 矿法 。 3 结 论 为 保 护矿 体 上 部 的公 路 和河 流 ， 开 采选 用 充 填 采 矿法 。针对 杨 家湾 铁 锌 矿 实 际情 况 ， 对 上 向分 层 充 填 、 上 向进 路充 填 、 下 向进 路充 填 、 点柱 充 填 等 采 矿 方法 的矿块 生 产 能力 、 贫损 指 标 、 实 施 难 易程 度 、 采矿成本等指标使用模糊综合评判 ， 推荐使用上向 进 路充 填采 矿法 作 为矿 山主 要 的采 矿 方 法 ， 下 向进 路充填采矿法 、 点柱充填采矿法作为辅助生产采矿 方 法 。 参考文献 [ 1 ] 刘同有 ， 等． 充填采 矿技术 与应用 [ M] ． 北 京 冶金工 业出 版 社 ， 2 O O 1 ． [ 2 ] 赵国彦 ， 栗红玉 ， 赵晓昕． 新 城金矿厚 大破碎矿体 采矿方法 的 模糊优化I J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 o 1 ． 1 ， 3 1 3 7 - l O ． [ 3 ] 覃敏 ， 徐必根 ， 唐绍辉， 等． 基 于关系矩阵和模糊理论的采矿 方案优越性综合评价[ J ] ． 采矿技术， 2 o 1 2 ， 1 2 4 1 3 ， 2 2 ． [ 4 ] 张立新． 李楼铁矿采矿方法和充填工 艺探讨 [ J ] ． 矿业研究 与 开 发 ， 2 O l 2 ， 3 2 1 1 3 ， ． 收 稿 日期 2 O 1 2 1 O 一 0 8 作者 简介 徐飞 1 9 8 8 一 ， 男， 宁夏石嘴 山人 ， 在 读硕士 ， 从 事采矿 工 艺研 究方面工作， E ma i l h e ml e t b o a s 1 6 3 ． c o m。 6 8 3 9 5 8 4 7 1 3 7 O 1 ． 1 1 l 3 8 3 3 9 8 O ． ． ． ． ． ． 0 O O O 0 O 9 7 8 8 8 9 5 2 6 3 3 1 3 ． 1 1 1 4 6 5 5 8 7 O ． ． ． ． ． ． 0 0 O 0 O O