图拉尔根铜镍矿厚大矿体采矿方法优选.pdf

I S S N 1 6 712 9 00 CN 431 3 47 ／TD 采矿技 术 第 l O卷第 6期 Mi ni n g Te c h no l o g y，Vo 1 ． 1 0， No ． 6 2 01 0年 1 1月 NO V．2 01 0 图 拉 尔 根 铜 镍 矿 厚 大 矿 体 采 矿 方 法 优 选 郑伯坤， 李向东 长沙矿山研究院 ， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 根据新疆图拉 尔根铜镍矿开采技术条件 ， 应用模糊数 学决策法对该矿厚大矿体的 采矿方法进行优选。提 出了3个技术上可行 ， 且安全、 高效、 经济的采矿方法， 并建立了采 矿方法影响 因素和定性指标体 系， 应用层 次分析法和专家评议 法相结合 的方法确定影响 因素的权重， 并对各影响因素指标分别计算相应的权重， 最终得到待选择方案的综合评判 向量 ， 从而确定大直径深孔嗣后崩 落法为最优方案。矿 山实践表明， 模糊数学决策法优选 的采矿方法在生产 实践 中取得 了很好的效果。 关键词 大直径深孔采矿法 ； 无底柱分段崩落法； 采矿方法优选； 模糊数学决策 由于采矿工程特殊复杂 的客观条件 ， 影响采矿 方法最终开采效果 的因素众多， 并且采矿活动对社 会经济影响和环境影响也是多方面的 ， 因此只通过 单因素 的优劣来确定一个采矿方法是不充分 的， 需 综合各因素来选择采矿方法。由于采矿方法的优与 劣本身就是一个模糊概念 ， 鉴于模糊综合评判方法 的强大功能与独特优势， 本文采用该方法对图拉尔 根铜镍矿采矿方法进行优化选择 。 1 开采技术条件 矿体产于 1号基性 一超基性杂岩体内， 受 区域 性大断裂的次级构造破碎带控制 ， 赋矿岩石为角闪 橄榄岩。含矿岩体具有较为 明显的角 闪橄榄岩相 、 辉长岩相等 ， 岩相分带 ， 两相岩石均有矿化 ， 而以角 闪橄榄岩相中的矿化为主。 1 号矿体总体上是 中间厚 、 两侧 薄的厚 大脉状 矿体 ， N ES W 向延伸 ， 矿体产状 1 2 4 。 L6 8 。～ 7 4 。 ， 宽 1 5～ 4 0 m， 最宽处达 4 5 1 1 1 ， 沿倾 向及走 向均表现 为品位变富 ， 厚度变大。沿走 向矿体总体表现出以 下特点 在埋藏深度上 ， 东浅西深 ； 在矿体厚度上， 东 薄西厚 ； 在矿体产状上 ， 东缓西陡 ， 总体为倾斜急倾 斜厚大矿体。经测定矿石硬度f1 1 ， 岩石硬度f 6～l 2 ， 矿 岩稳 固， 地 表 允 许 崩 落。N i平 均 品位 0 ． 4 8 1 0～； C u 平均品位 0 ． 3 81 0～。矿区水文地 质简单。 2 方案提出及技术经济指标 根据矿体的赋存状况和开采技术条件， 结合矿 山现状 ， 提出了以下 3种采矿方法方案 无底柱分段 崩落法 、 大直径深孔阶段空场嗣后崩落采矿法 、 大直 径深孔阶段空场嗣后充填采矿法。 2 ． 1 无底柱分段崩落法 阶段高度 5 0 m， 分段高度 1 0 m， 矿块长 5 0 m。 当矿体厚度 2 0 m， 采场垂直矿体走向布置。垂直走向布置 的标准方案见 图 1 。采 准切割工作 主要有 中段斜 坡道 、 阶段运输平巷 、 分段沿脉平巷 、 溜井联络道 、 矿 块溜井 、 切割巷道和切割井等。采用 中深孔爆破 ， 铲 运机出矿 。根据矿石的条件 ， 覆盖岩层形成的方式 有 自然 冒落法； 人工 回填废石 ； 强制崩落顶板岩石 形成废石堑层 ； 暂留矿石为覆盖层。 l 一 盘区溜并 2 一 出矿联络巷 3 ～分段平巷 4 一凿岩巷兼装矿进路 5 ～ 崩落矿 石6 一 中深孔炮孔 7 一 向上切割井 8 一切割巷 9 - 一 崩落围岩 图 1 无底柱分段崩落法 主要技术经济指标 采切比 1 0 ． 6标准 m ／ k t ； 损 失率 2 0 ％ ； 贫化率 2 0 ％； 矿块 E t 生产能力 8 0 0 t ／ d 。 2 采矿技术 该方法工艺简单 ， 掘进 、 凿岩、 出矿互不干扰 ， 生 产能力大 ， 投产快 ， 作业安全。 2 ． 2大直径深孔阶段空场嗣后崩落采矿法 当矿体厚度 2 0 m时， 矿块 垂直走 向布置 ， 每 隔 3 5 m划分一矿块， 每隔 2 0 m和 1 5 m划分第一 、 二步骤采场。一步骤采场采用大直径深孔回采 ， 二 步骤采场采用分段凿岩中深孔回采。二步骤采场开 始回采时 ， 在一步骤采场最上一分段崩落顶板充填 空区。二步骤采场 回采完毕后 ， 再崩落上盘围岩充 填空 区。当矿体厚 度 2 0 m 时， 根据矿体变化情 况 ， 可沿走向布置。垂直走 向的标准方案见图 2 。 图 2大直 径 深 孔 阶段 空 场 嗣 后 崩 落 采 矿 法 主要技术经济指标 采 切比 9 ． 9标准 m ／ k t ； 损 失率 1 5 ％； 贫 化率 1 5 ％ ； 矿 块综 合 生产能 力 6 0 0 t ／ d。 该方法落矿效率高 ， 生产 能力 大， 机械化程度 高， 劳动强度低。 2 ． 3 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法 主要结构参数和大直径深孔阶段空场嗣后崩落 采矿法基本相同。第一步骤采用大直径深孑 L 回采 ， 第二步骤采用分段凿岩 中深孑 L 回采。第一步骤回采 完毕后 ， 充填采空区， 养护一段时问后开始第二步骤 回采 ， 回采完毕充填空区。第一步骤采空区充填所 要求的灰砂 比一般为 1 8～1 1 0 ， 第二步骤采空区 充填灰砂比下部 1 0 m高度为 1 8～1 1 0， 1 0 m高度 以上为灰砂 比为 1 2 0 。 该方案的主要技术经济指标 采切 比 l 0 ． 7标准 m ／ k t ； 损失率 2 0 ％； 贫化率 1 0 ％ ； 矿块综合生产能力 5 0 0 t ／d。 该方案的优点是兼有大直径深孔阶段矿房法的 生产能力大及充填法的贫化率低 。 3 采矿方法模 糊综合评判 在影 响采矿方法选择 的诸 多因素中， 考虑到主 要的几个方面 劳动生产率 、 经济因素 、 资源利用率、 安全情况 、 合理程度等， 选择 l 0个因素进行 比较 生 产能力 、 采矿成本 、 千吨采切 比、 损失率 、 贫化率、 安 全状况 、 通风条件、 劳动强度 、 工艺复杂程度 、 对矿体 适应性。 由于上述各因素对采矿方法选择的重要程度是 不相同的， 并且因不 同矿山开采技术条件和开采现 状均有所差异 ， 所以需根据矿 山具体条件确定各因 素的权重 值。在此将 专家评议法和层次分析法结 合， 以得出较合适的权重值 。 层次分析法的第一步首先是根据各因素的隶属 关系建立层次结构模型。 对各 因素采用表 1所示的 1～ 9标度方法两两 比较， 进行重要性评价， 再根据分层关系得出 2个层 次模糊判断矩阵 A、 B 。由矩阵 A、 B得出各因素对 目标层 选择采矿方法 的总排序权重值 为 W A B 0 ． 1 0 8 ， 0 ． 2 0 5 ， 0 ． 1 0 9 ， 0 ． 1 0 0， 0 ． 1 7 5 ， 0 ． 1 7 1 ， 0 ． 0 6 3 ， 0 ． 0 3 6， 0 ． 0 0 6 ， 0 ． 0 2 7 表 1 判断矩阵标度及其含义 标度 含义 1 两因素相比， 同样重要 3 两 因素相 比， 一因素 比另一因素稍微重要 5 两 因素相 比， 一因素 比另一因素明显重要 7 两 因素相 比， 一因素 比另一因素强烈重要 9 两 因素相 比， 一 因素 比另一因素极端重要 2、 4 、 6 、 8 上述两相邻判断值的中间值 倒数 因素 i 与因素 比为 C ， 因素 与因素 i 比为 C 1 ／ C 将 3个方案 的指标数学化 以确定评价模糊矩 阵。所有指标可分为定量指标和定性指标 ， 其中需 对定量指标进行无量纲化 ， 以使各因素具有可比性 ， 对定性指标采用等级评定法。 对定量指标 ， 其等级 y 由下式确定 f f f 0 ． 1 ， 为负指标 l “ { f f 1 0 ． 1 ， 为正指标 式中 ⋯_ 因素指标的最大值 ； 因素指标的最小值 ； d 级差 ， d 一 厶i ／ 1 0 ． 1 ； 方案 因素的指标值 。 下转第 1 8页 采矿技术 2 0 1 0 ， 1 0 6 2 9 9 0 m中段 。用铲运机将废石从各分层直 接运至 9 9 0～1 0 7 0 m废石溜井 ， 经 9 9 0～1 0 7 0 m废 石溜井下口放出 ， 由振动放矿机放到 9 9 0 m中段废 石转运胶带 ， 转运至 9 2 0 9 9 0 m废石溜井上 口， 从 废石溜井下 口放出， 通过振动放矿机放到 9 2 0 m 中 段矿石转运胶带 ， 转运至 9 2 0中段胶带， 最后经废石 胶带斜井运至废石堆场。 4 结 论 通过采场结构参数和回采工艺优化与中段胶带 运输系统结合的开采方式 ， 该矿实现了千吨采切 比 1 9 ． 8 3 m ／ k t ， 损失率 2 3 ％， 贫化率 3 ％ 的开采方式现 代化 、 生产安全标准化矿山指标。 ◆一 ◆一◆-◆一 ◆一◆-◆-◆-◆-．- 参考文献 [ 1 ] 刘敬国， 程素萍 ， 秦 鹏渊 ， 等． 主矿 胶带运输 方案设计 [ J ] ． 金 属矿山， 2 0 0 8 1 1 4 6～1 5 4 ． [ 2 ] 薛千成， 于励 民． 平煤集 团五矿井下胶带运输系统的技术 改造 和实施 [ J ] ． 煤矿机电， 2 0 0 3， 6 5 2～5 5 ． [ 3 ] 徐进平． 大 红 山铁 矿主 斜井 胶 带运 输 [ J ] ． 有 色金 属 设计 ， 2 0 0 9， 3 6 3 2 3～3 2 ． [ 4 ] 江梅． 磷 石膏 胶 结充 填 技术 开发 及应 用 [ J ] ． 非 金 属矿 ， 2 0 0 6， 2 9 2 3 2～3 4 ． [ 5 ] 吴国平． 贵州开 阳马路 坪矿胶带斜井提升 系统的设计 [ J ] ． 化 工矿物与加工 ， 2 0 0 3 ， 1 0 3 l～ 3 2 ． 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 2 2 作 者简介 李寿 山 1 9 8 0一 ， 男， 湖南岳 阳人 ， 工程 师 ， 主要 从 事矿 山开采设计。 - ．-．-．- ．- ．-．_．- ．-．一 ● _．-◆一◆-．_◆_ ．_◆一◆一 ◆一 上接第 2页 对定性指标采用等级评定法 ， 按 图 3所示的 9 个等级赋值。 最差 很差 差 较差 中 较好 好 很好最好 0 0 ． 1 0 ． 2 0． 3 0． 4 0 5 0 ． 6 0 ． 7 0 ． 8 09 图 3 9级赋值标准 由此可确定 3 种采矿方案的评价模糊矩阵 为 R 1 0． 8 8 0． 9 2 0． 8 7 1 0． 5 5 0． 3 5 0． 5 5 0． 5 5 0． 5 5 0． 5 5 l 1 0． 9 2 0． 4 8 0． 5 5 0． 6 5 0． 7 5 0． 5 5 0． 3 5 0． 2 2 0． 8 7 0． 2 2 0． 8 7 O． 8 5 0． 5 5 0． 7 5 0． 5 5 0． 3 5 0． 5 5 多 目标模糊评价结果是 AW R 0 ． 6 5 5 ， 0 ． 7 2 4 ， 0 ． 5 7 3 根据最大隶属原则 ， 排定各方案的优劣次序， 3 种采矿方法从优到劣依次是 方案 Ⅱ一方案 I 一 方 案 Ⅲ。方案 Ⅱ为最优方案 ， 且远优于其他 2方案。 该矿 山的生产实践表明， 模糊综合评判法确定 的大直径深孔阶段空场嗣后崩落采矿法符合矿山安 全 、 经济 、 高效开矿的要求 ， 取得了良好 的效果。 4 结 论 1 根据矿 山的开采技术条件所提出的 3个采 矿方法均具备安全 、 高效 、 经济的特点 ， 对其他类似 条件矿山具有借鉴推广价值 。 2 根据矿山的开采技术条件和开采现状， 确 定 l 0个影响采矿方法优劣的因素 ， 由层次分析法确 定各因素主次 ， 采矿直接成本和贫化率为主要因素， 其次为安全状况 、 生产能力和损失率， 其余次之。 3 将模糊综合评判方法应用于采矿方法选择 系统中， 避免了单因素决策的片面性 和主观认识差 异引起的决策失误 ， 将定性分析转化成定量分析， 能 够更为科学、 准确 、 合理的做 出判断。 4 优选采矿方法大直径深孔阶段空场嗣后崩 落采矿法成功应用于新疆图拉尔根铜镍矿厚大矿体 开采。 参 考文献 [ 1 ] 方述成 ， 汪定伟 ． 模 糊数学 与模糊优 化 [ M] ． 北 京 科学 出版 社 ． 1 9 9 7 1 2 61 3 2 ． [ 2 ] 李 向东． 金山金 矿采 矿方 法模 糊优化 选择 [ J ] ． 世 界采矿快 报 ， 1 9 9 9 ， 2 1 5 ． [ 3 ] 王善元． 我国大直径深孔采矿技术的研究与发展 趋势[ J ] ． 矿 业研究 与开发， 1 9 9 8 ， l 8 3 81 1 ． [ 4 ] 陈发吉 ， 赵国彦， 简万 国， 姚复举． 模糊理论在中厚缓倾斜矿体 优选采矿方法中的应用 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 6 ， 2 1 3 ． [ 5 ] 黄胜生． 国内外缓倾斜 中厚矿体采矿方法现状 [ J ] ． 矿 业研究 与开发 ， 2 0 01 ， 4 2 l一 2 4 ． [ 6 ] 黄跃军 ， 张勇， 徐志强． 高阶段大 直径深孔采矿法在 安庆铜 矿 的试验研究[ J ] ． 有色矿冶， 1 9 9 8 ， t 7～l 4 ． [ 7 ] 周罗中， 张永林， 鲁洪军， 等． 中等稳固低品位厚大矿体采矿方 法 的优选[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 9， 5 1～ 3 ． 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 3 作者简介 郑伯坤 1 9 8 4一 ， 男， 广东汕头人， 在读硕士研究 生 ， 从事采矿技术研 究 。 m a i l z b k 8 4 1 6 3 ． t o m。