层次分析法在采矿方法选择中的应用.pdf

第 2 8卷第6期 2 0 1 2年 1 2月 有色矿冶 N0N FERR0US M I N G AND M ETALLURGY V0 1 ． 28． № 6 De e e mb e r 2 01 2 文章编号 1 0 0 7 9 6 7 X 2 0 1 2 0 6 0 0 1 1 0 3 层次分析法在 采矿 方法选择 中的应 用 李冬萍 ， 周文略 1 ． 中国有色矿业集团有限公司 ， 北京 1 0 0 0 2 9； 2 ． 中钢矿业 开发有 限公 司， 北京 1 o o o 8 0 摘要 针对某新建铜矿山开采技术条件复杂、 采矿影响因素较多的情况， 通过对技术上可行的三 种采矿方法的主要技术指标和方案进行分析比较， 采用层次分析法对采矿备选方案综合 评价， 最终选择出最优采矿方案。 关键词 采矿方法； 影响因素； 层次分析法 中图分类号 T D 8 6 8 文献标识码 A 0 引 言 采矿工程是一项复杂的系统工程 ， 采矿方法 的 选择受多种 因素影响， 其 中有些 因素很难量化。层 次分析法将一个复杂的多目 标决策问题作为一个系 统 ， 将与决策有关的元 素分解成 目标 、 准则 、 方案等 层次， 通过定性和定量分析进行决策， 适用于具有分 层交错评价指标的目标系统， 而且 目标值又难于定 量描述的决策问题。通过分析矿体开采相关因素和 指标 ， 运用层次分析法对备选方案进行综合评价 ， 是 评价和选择采矿方法的一种新模式 。 1 矿床概况 安徽省铜 陵市某铜矿是新建矿山 ， 位于安徽省 铜陵市以北 8 0 k m， 矿区及周边均为丘陵地貌。矿 体赋存标高 一1 6 0 ． 3 4～一 6 3 7 ． 7 1 m， 位于月山闪长 岩体东南接触带大理岩前缘， 被第四系地层覆盖， 其 下是含水丰富的砂、 砾石层。矿体走向长度 9 0 0 m， 由一个主矿体和 7个小矿体组成。矿体东高西低 ， 向西侧伏 ， 沿走 向矿化连续 ， 但厚度不稳定 ， 中间厚 ， 两端薄 ， 呈似层透镜状 。矿体倾 向上部北东 、 下部西 南， 倾角变化较大。总体属于急倾斜矿体， 具有岩石 夹层多， 矿体和夹层厚度变化大的特点。矿体顶盘 围岩是大理岩和矽卡岩 ， 底盘围岩为闪长岩 ， 除局部 破碎、 风化外， 矿岩中等稳固。主矿体为接触交代型 铜矿床， 在 一 2线被 F 2 1 断层切错 ， 被分割为南、 北两段 。矿山采用地下开采 ， 竖井开拓 ， 划分 一3 2 0 m、 一 4 2 0 m和 一 5 2 0 m 三个 中段 ， 选择南主矿段厚 大部分矿体 ⋯ 4 2 0 5 2 0 m中段为首采地段 ， 走 向 长约 4 0 0 m， 最大厚度 1 0 5 m， 最小厚度 3 0 m。由于 地表为农 田、 村庄 ， 采矿 以充填法为主， 设计生产规 模为年产选铜矿石 8 0万 t 。 2 采矿方法有关影响因素 按照现代矿山安全高效、 低成本运营的要求， 借 鉴类似矿 山的先进经验 ， 对采矿方法有关影 响因素 进行充分考虑。对于本矿体的开采应考虑以下影响 因素 1 矿体被第四系含水层覆盖， 含水量大； 2 农 田和村庄在移动带范围内， 地表不许陷 落 ； 3 矿体和岩层厚度变化较大 ， 探矿不足 ； 4 尾矿库容积小 ， 排尾压力较大； 5 采矿、 运输设备以国产为主； 6 矿山生产能力 8 0万 t ／ a ； 7 应满足安全、 高效、 低成本回采要求。 3 采矿方法分析 3 ． 1 备选采矿方案概述 根据矿体赋存条件和采矿影响因素 ， 备选采矿 方法有分段空场嗣后充填法 、 大直径深孔崩矿嗣后 充填法 、 上向分层水平充填法三种 。 3 ． 1 ． 1 方案 1分段空场嗣后充填采矿法 由于矿体宽度大， 矿块垂直走 向布置。矿块宽 度为 3 0 m， 其中矿房宽 2 O～ 2 2 m， 矿柱宽 8～1 0 m， 矿块高度为 中段 高度 1 0 0 m， 在一个 阶段 内 8个分 段 ， 分段高度 1 2 ． 5 m， 无需留顶底柱 ， 一个矿块 内布 置中段出矿平巷和中段采矿联络平巷。每 1 0 0 m 中 段分 为两个副 中段 ， 从下 向上 回采 ， 5 0 m一充填 。 采用 Y G一 9 0中深孔凿岩 ， 炮孔布置方式为垂直扇 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 0 4 作者简介 李冬萍 1 9 8 1 一 ， 女 ， 硕士 ， 工程师 ， 从事企业科技管理工作 。 1 2 有色矿冶 第 2 8卷 形孔 ， 孑 L 径 0 6 0～ 6 5 m m， 排距 1 ． 5～1 ． 8 m。采场底 部布置堑沟结构 ， 采用 s T系列 3 m 铲运机出矿 ， 卸 入本中段溜井 内。矿房嗣后用尾砂充填 ， 矿柱暂不 回采。 3 ． 1 ． 2 方案 Ⅱ大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法 采场沿走向布置 ， 矿房和矿柱宽度均为 1 8 m， 隔一采一 ， 长度为矿体厚度 。当矿体厚度大于 6 0 m 时， 可分成上下盘两部分回采； 采场高度为阶段高度 1 0 0 m， 底部留 1 0 m厚的矿柱 ， 实行分段凿岩 ， 分段 高 5 0 m， 阶段溜井放矿 。在采场 的顶部布置凿岩硐 室 ， 矿房和矿柱全断面拉开， 高度为 4 m， 留 2 m2 m的点柱。采用 S i mb a 一 2 6 1型潜孔钻机 ， 凿孔径为 1 6 5 m m 的下 向深 孔 ， 自下 向上 回采。矿 房 采 用 V C R拉槽的大直径深孔侧向梯段崩矿法， 矿柱采用 V C R留矿法 ； 采场底 部布置堑沟进路式底部结构 ， s T系列 4 m 铲运机阶段出矿。先 回采矿房嗣后胶 结充填 ， 后 回采矿柱嗣后尾砂或废石 回填。 3 ． 1 ． 3 方案Ⅲ点柱式上向分层充填采矿法 采场沿矿体走向布置 ， 采场长度 6 0～1 0 0 m不 等 ， 主要根据矿体厚度调整 ； 采场 问留连续 问柱 ， 宽 度为 6 m， 采场 内留点柱 ， 点柱初定尺寸 5 m 5 m， 间距 1 5 m1 5 m， 底柱高度 1 0 m， 不 留顶柱 。一个 中段内划分7 个分段， 分别设备斜井连通， 分段高度 1 5 m， 每个分 段 划分 4个 分层 ， 每个 分层 高 度 为 3 ． 7 5 m， 用凿岩台车钻凿炮孔 ， 分层 回采后控顶高度 4 m。采准工程布置在下盘， 矿房内从矿体下盘向上 盘前进式 回采。矿块走 向方 向分两步骤回采 第一 步回采采用 1 8尾砂胶结充填 ， 第二步回采采用尾 砂充填。回采第一分层采用 1 4胶结充填 ， 必要时 可以回收底柱。采准 、 切割工程包括运输平巷 、 人行 天井 、 放矿溜井 、 分段平巷 、 联络道等 ， 充填井布置在 采场 中部 ， 人行井和出矿溜井采用顺路天井形式 ， 混 凝土浇注 ， 其中顺路泄水井每个采场布置两条 ， 直径 1 ． 5 m， 采用组合钢筒加高形成。采 用凿岩 台车凿 岩 ， 同时配 合使 用 Y T一2 7 。钻 凿水 平浅 孔 ， 排距 1 ． 1 m， 间距 1 ． 5 m， 孔径 4 3～ 4 5 mm， 矿石 由 S T系 列 3 m 电动铲运机出矿 ， 卸入溜井 内。 3 ． 2 备选方案对 比分析 上述三个方案均能实现J b N 回采 ， 主要技术经 济指标见表 1 。 通过对三个方案的 回采工艺 、 生产能力和生产 成本进行分析 ， 三种备选方案优缺点对 比情况如表 1所示 。 表 1 主要经济技术指标比较表 3 ． 2 ． 1 方 案 I 优点 1 生 产工艺简单 ； 2 人员不进 入采 场 ， 凿岩、 爆破均在巷道 内进行 ， 安全性好 ； 3 分段 采矿 ， 机动 、 灵活。 缺点 1 采 切工程 量 较大 ， 准备 时 问较 长 ； 2 回采率较低； 3 对矿体变化的适应性较差； 4 矿房采完后才能充填， 尾矿库压力较大。 3 ． 2 ． 2 方 案 Ⅱ 优点 1 采场综合生产能力高 ； 2 人员不进 入采场 ， 凿岩、 爆破均在凿岩硐室 内进行 ， 安全性好 ； 3 采切 比较小 ， 回采直接成本低 。 缺点 1 贫化 、 损失率相对较高 ； 2 对矿体 变化的适应能力差； 3 采场准备时间长， 投产慢； 4 对充填技术要求较高。 3 ． 2 ． 3方案 Ⅲ 优点 1 回采过程 中， 两帮容易维护 ， 对矿体 的变化 有较强 的适应性 ； 2 损失 率 、 贫化率 低 ； 3 采切工程量小 ， 采场准备时间短 ； 4 充填方式 灵活， 尾矿库容积较小， 充填料来源广泛。 缺点 1 凿岩 、 爆破在采场 内进行 ， 安全性差 ； 2 采充衔接要求高。 4 应用层次分析法进行综合评价 采矿方法的选择是一个复杂的问题 ， 复杂性表 现在三个方面 1 影响因素多； 2 各因素指标不 便于直接 比较 ； 3 影响因素既有定量指标 ， 又有定 性指标 。由于采矿受开采条件 、 开采成本 ， 出矿时间 等多因素制约， 最优采矿方法的选择具有多目标的 复杂性 ， 对备选采矿方法的评价可采用层次分析法。 层次分析法的基本步骤包括 首先将决策问题按总 目标 、 各层指标 、 评价准则分解为不同的层次结构 ， 并构造判断矩阵； 然后用求解判断矩阵特征向量的 办法， 求得每一层次的各元素对上一层次某元素的 优先权重 ； 最后再采用加权 和的方法递 阶归并备选 第 6期 李冬萍等 层次分析法在采矿方法选择中的应用 l 3 方案对总 目标的最终权重 ， 最终权重最大者即为最 优方案。 4 ． 1 影响指标 4 ． 1 ． 1 定 量指 标 参与比较 的定 量指标有 采场生 产能力 、 贫化 率、 损失率、 采切比、 回采直接成本， 原矿成本。备选 方案的定量指标见表 2 。 表 2 定量指标表 4． 1 ． 2定性 指标 参与比较的定性指标有 安全程度、 工艺简单程 度 、 对矿体变化适应程度 、 矿山对方法 的熟悉程度。 备选方案的定性指标见表 3 。 表3 定性指标表 4 ． 2 计算指标权重 根据层次分析法评价体系， 如图 l 所示， 利用上 述定性和定量指标构建判 断矩 阵， 采用层次分析法 计算 1 0个指标对采矿方法影响的程度大小。 1 O r 2 1 ； o r 3 9 ， o ． r 5 1 o 指标层 B 准则层 目标层 图 1 层次分析法评价体 系结构 图 经过 Ma t l a b软件对判断矩阵进 行运算 ， 得 出综 合评判向量为 B 方 案 I， 方 案 Ⅱ， 方 案 Ⅲ 0 ． 2 2 6 ， 0 ． 6 8 0 ， 0 ． 8 5 1 根据层次分析法准则 ， 向量数值越大 ， 对应的方 案可选度越高。因此 ， 点柱式上 向分层充填采矿法 是最优方案。 该铜矿体具有岩石夹层多 ， 矿体 和夹层厚度变 化大 、 开采条件 复杂和尾矿库容积较小等特点。方 案 1分段空场嗣后充填采矿法采切 比大 ， 采准工程 量大 ， 影响矿山的投产和达产 时间。方案 Ⅱ大直径 深孔崩矿嗣后充填采矿法采切 比虽然不大 ， 但存在 采场准备时间长， 爆破技术不容易掌握， 夹石不能剔 除 ， 贫化 比较大等不利。同时此两种方法都要将一 个矿房出矿结束， 才能进行充填， 时间长， 尾矿库容 积有限 ， 带来 了较大 的排尾压 力， 不能适应矿 山要 求。方案Ⅲ点柱式上向分层采矿法回采率高， 贫化 率低 ， 对矿体变化适应性好 ， 采切工程量小 ， 能够实 现快速生产 ， 能及时 的处理尾矿 。通过技术经济指 标 比较和层次分析法分析的综合评价 ， 推荐采用点 柱式上向分层充填采矿为主要采矿方案 。 5 结论 采矿方法决策是一个具有多 目标、 多影 响因素 的复杂系统 ， 需要用基 于复杂系统理论 的方法进行 综合评价。根据矿体特定的开采技术条件和要求， 确定技术上可行的采矿方法备选方案 ， 采用层次分 析法进行全 面评价 ， 确定 主体采矿方法为点柱式上 向分层充填法， 在小矿体和边部矿体的回采中使用 分段空场采矿嗣后充填法和大直径深孔采矿嗣后充 填法作为补充 。 参考文献 [ 1 ] 许树柏． 层次分析原理[ M] ． 天津 天津大学 出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 2 ] 陈 寰． 矿山企业设计原理 [ M] ． 北京 化学工业出版社， l 9 9 1 ． [ 3 ] 杨殿． 金 属 矿床 地 下 开采 [ M] ． 长 沙 中南 大 学 出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 4 ] 李嘉豪， 杨建明． 层次分析法在矿业项目投资风险评估中的应 用 『 J ] ．矿 、 l 研究与开发 ， 2 0 0 5， 0 6 ． Ap p l i c a t i o n o f An a l y t i c Hi e r a r c h y P r o c e s s i n S e l e c t i o n o f M i n i n g M e t h o d s L I Do n g p i ng ， ZHOU W e n 。 l ue 1 ．C N MC C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 9， C h i n a ； 2 ．S i n o s t e e l Mi n i n g C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 0 ， C h i n a Abs t r a c t The r e a r e ma n y f a c t o r s t o a f f e c t s e l e c t i ng mi n i n g me t h o d i n t h e ne w c o p p e r mi n e，s u c h a s c o mpl e x mi n e mi n i n g t e c h n o l o g y c o n d i t i o n ，mo r e mi n i n g i n fl u e n c e e t c ．Af t e r c o mp a r i n g a n d a n a l y z i n g f o r t h e ma i n t e c h n i c a l i n d e x e s a n d s c h e me o f t h r e e f e a s i b l e mi n i n g me t h o d ，b y me a n s o f a p p l y i n g t h e a n aly t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ，t h e mo s t s u i t a b l e mi n i n g p r o g r a m wa s c h o o s e n ． Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d ；i n fl u e n c e f a c t o r s ；a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s