应用模糊数学对采矿方法选择进行综合评判.pdf

提要 数学{ 击进行 验方奉 。 - 关■词 应用模糊数学对采矿方法 选择进行综合评判 ． 弓 长沙矿 山研 究院 肖有鼎 廖 世金 阐述 了前 河盎 采矿方 祛的遣择过 程 ，除了 采取 惯 用虻传统方 法外，还应 用了模 糊 前河金矿矿 岩不稳 固，矿体形态 复杂 多 变，属难采矿体。 原设 计和拟试验的几种 采 矿方法，如浅孔 留矿法 、上向分层充填法 以 及下 向楼板法等都 不适 用，采矿方法始终 未 能确定下来 。 现在矿 山只能靠 小露天维 持 ， 而 露天采场所剩储量 不多，故矿 山生 产将 面临 十分 困难 的局面，因此探讨和研究适 台于该 矿条件的安垒、经 济、高效、合理的采矿 方 法是迫在眉捷的重要 任务 1 开 采技 术 条件 前河金矿矿 床属构造破碎带 蚀变岩型矿 床 目前开采的椹沟矿 段 l V l 号矿 体规模 最 大，普查预算黄金DE级储 量 达数 t。金 品位最高 可达2 3 8 g ／ t ，平 均 7 ． 4 6 g ／ t ，伴 生 银品位2 0 8 0 g ／ t 。矿体 倾角5 8 7 6 。 ，平 均 6 7 。 ，具有浅部缓，深部 变陡 的 特 征。矿体 呈不规则 脉状，豆荚状产干矿。 带 中上部 ，沿 走 向、倾向具有膨大 、收 缩、分枝 、复 合等 现象 。在开拓的椹沟矿 段 东 都， 约在5 4 0 m 标高，矿体 出现 分 枝 现 象 ，5 6 0 n 中段 明 显 分为两条， 习惯记为 Ⅳ号 和 l V l 号 。I V 号 矿 体位 于I V l 号矿体上盘， 产状 与破 雌带 一 致 ，倾 角6 2 。 ，水平厚3． g g 8 m。 I V l矿体 紧 靠破碎 带 下 盘 边 界， 倾 角 6 l 。 ，水平 厚 2 ． 8 8 8 m。从 露天 采 场 底 取 样 发 现 在 Ⅳ积 I v l 号矿体之 间，尚有一条矿体 记 为I V - 一 0 肖有 高级工程师长沙市麓山南路邮编4 1 0 0 1 2 号不规 则产 出，廷 深 到 5 7 0 m标高 ，水平 厚 1 ． 6 3 3 m。 矿带受断 裂构造控制 ，含 矿岩系即为构 造岩，由构造角砾岩、糜棱岩、破碎岩等组 成。矿体 中绢 云母 化、绿 混石 化、碳酸盐化 等蚀 变较 强，岩石 力学强 度低 ，多属松软、 松散岩类 ，坑 道 中多表现 为 冒顶、片帮 等现 象 。 矿 体顶 、 底板 围岩 为 变 流 纹岩、 变安山 岩，裂隙发育 ，稳 固性 极差 ，特 别是矿体 的 直 接顶板 有一层约3 0 4 0 c m厚 的 绿 泥糜 棱 岩、千糜 岩，遇水象泥巴一 般，极难 分采 和 支 护。由于矿体分枝，矿体 间的夹石 层极不 稳 固，遇水膨胀 泥化。下盘 围岩破 碎程 度较 弱。相对来说 ，顶板 岩石极破 碎、Ⅳ号矿 体 破碎、 靠近成矿带下盘的Ⅳ一 l 号矿体稍好， 但仍属不稳 固矿 体。下盘 属中等稳 固 目前前河金矿椹 沟矿 段 东 部， 6 0 0 m中 段以上为露天开采 ， 6 0 0 m以下为地下 开采 。 矿 山设计生 产规 模为l O O t ／ d ， 露 天 和 地 下 各为 5 0 t ／ d 。开拓 水平 有 6 0 0 、5 6 0 、5 2 0 和 4 0 0 m四个 中段。设计 矿段的露 天 开 采 已结 束 。 2采矿 方 法选择 2 ． 1 采 矿方法选 择原则 根据前河金 矿的开采实践 ，正 确合理的 维普资讯 2 采矿方 法必 须满足 1作业条件好，生 产安垒，技术可 靠； 2 损失 、 贫化小 ， 3经 济效益 高，社 会效益好； 4适 应性强 ，应变能 力大，适应 于 矿体 复杂 多变的特点； 5投资少 ，投产快。 2 ． 2采矿 方法 选择主要影 响因素 根据 已开 拓的5 8 0 6 0 0 m中间矿 段的赋 存特征，以及矿 山开 采技术 条件，影 响前河 金矿采 矿方浩选择的主要因素 1矿体产 状 不 规 则 ，有膨胀 、收 缩、分枝 、复合等现象，形态复杂 ，厚度和 品位变化较大； 2 矿石 价值 高，属 高 品 位 贵重矿 物 ； 3矿 体赋 存于蚀变岩型破碎带 内， 属不稳 固矿体 ，特别是 相邻 矿体 间的夹层与 上盘极不稳 固。矿体 厚度 介 于 薄 至中厚之 间，大部分为薄 矿体 4 露天 与地下开采的 衔接； 5矿 山干部管理水平及 工人素质较 差 。 2． 3采 矿方法 初选 根据上述前 阿金矿采矿方法选择原 则和 影响因素，适合于该矿床条 件，在 技术上 可 行的采矿 方法 1下 向分层胶结充填法 ； 2分 层崩落 法。根据假顶材料和结 构，分木假顶 和钢 筋混凝土 假顶两个方案。 2 ． 4 采 矿方法技术 比较 2 ． 4 ． 1 采 矿方法方案简介 1下向分层胶结充填 法。矿块 沿走 向布置 。矿块 长5 0 m，宽 为各 条 矿体 厚度， 高为4 0 m 采用分层进 路 回 采， 进 路高 度 2 ． 2 m。浅 扎爆破，电耙运搬 ， 碎 石 混凝 ￡ 充填 。矿 块结 构参 数及采准 布置 见附图 。 2木假顶分层崩落 法。矿块走向布 置长为5 0 m，宽 为 各 条 矿 体厚度，高为 4 0 m。矿块 自上而 下 分 层 回 采，分层高 为 2 ． 2 ～2 ． 5 m。分 层联络道和 回采进路采 用术 棚 支护 。浅 孔爆破 ，电耙运搬 ，局扇通风， 术材 假底，采 用回柱 放顶 或爆破放顶 。 3混凝 土假顶分层崩 落法。该 方案 B 附图 下向分屡胶结充其法 1 一吊筋|2 一预留充填井，3 一 混凝土|4 一充填 穿脉 巷道|5 一术立柱|6 一预留充填 井模} 7 一 密封墙，8 一回采进踣|0 一准备壳填进 瞎I 1 一 回采联络遭J l 1 一三格天井| 1 2 一 电耙 绞 车I 1 3 一混 凝土 |“ 一探 矿巷道 | 1 5 一 三 格 天 井 | 1 6 --下盘运 轱 大巷。 的结构、采准布置及凿岩、爆破、 出矿等回 采工 艺与术假 顶分 层崩落法相 同，所 区别的 是采 用钢筋 混凝土假顶取代术假顶。 2 ． 4 ． 2 采矿方法技术比较。初 选 各方案的 技术 经济指标及技术 比较 见表 l。 从表 1可知，下向分层胶结 充填法与分 层 崩落 法相 比，充填法在损失贫化 木材 消 耗、 安全可 靠程度、适应性以及 通风条 件等 方面都优于崩 落法。但崩落浊 比充填 法具有 生产能 力相对较大 、成本较低、 初 期 投 资 少、投产快等优点。两个方法或三个方案优 劣难分 。为确定 最佳 方案 ，需 进 行 经 济 比 较 。 2 ． 5 采矿方法经济 比较 维普资讯 喜 裹I 采矿 方法控术 比较 采 矿 方 法 序号 项 目名称 单 位 下向分 屠投结充填法 术但顶分层崖藩法 混凝土僵顶崩落法 1 矿块生产能力 t ／ d 4 3 4 8 5 3 2 贫扯率 1 0 1 2 1 D 3 损失 率 5 7 7 4 术材 消耗 m ／ t O ． 0 l 2 0 ． 0 | 2 2 D ． 0 2 3 1 5 采矿直接 成率 元 ／ t 3 8 ． 5 0 3 O ． 5 1 2 7 ． 船 i 作 业 安全，技 术可 靠j i 生产 能力较 大 I 1 生产 能力较 大j 2 适应 蛀强，应 变 能力 太， 2 生产 威 奉较砾 j 2 生 产威低较 低 j 3 损失、 贫化率低- 3 较安全， 3 术村消耗少J 6 优 点 4 技术先进，可实现机 械 1七 ，减 4 投资少，投产快。 施工可部分实现 机 械 轻劳动强度 - 化，劳动 强度稍低l 5 备 工序相 互干扰 小j 5 材 料运转 相 互干 扰 小。 6 ， 通风条件好。 1 工艺技术复杂， 1 通风困难- 1 通风田唯，作业 条 拌 2 ， 成奉高于崩蘑珐- 2 管理要求严格- 差I 3 投产稍迅。 3 应变能力较差- 2 管理要求严格j 缺 点 | 木材消耗大，成本受术 3 对矿件变此适应 能 力 村影 响丈 - 差 - 5 露天与地下同时开采， | 露天与地下同时 开 采 存在衔接问题， 存在衔接问题。 6 劳动强度 太，各工 序 相 互 干扰 丈 表 2 采 矿方法经济 比较基础数据 下向 分层 腔 分屡 崩 落法 序 号 项 目 代号 单位 结充填 法 术嵌顶 棍凝 土假强 1 损失 率 S 5 7 7 2 贫 化率 P i 0 1 2 1 0 3 地质品位 C g， t 7 ． 6 7 ． 6 7 ． | 6 | 盎销售价 V 元／ g 1 8 8 4 8 5 选 冶 回收 率 Y 8 0 8 0 8 0 6 企 业综合 成本 A 元 ／t 1 5 4 ． 2 5 1 4 6 ． 3 0 1 l 3 ． 3 7 7 生产规 模 W t， a 3 0 D 0 0 3 0 D 0 0 3 0 O 0 0 往 1 选冶回收率8 O ，是指正确条件下。 2 缘台成本包括‘选冶成本“ ． { 6 元， ，采矿直接成本-采矿阜间经费 ． O 元／ b 企业管理费2 5 ． 9 元／ t 维简费9 ． O 元， t J矿石转运费 1 ． 0 元， t-井巷掘进费1 ． 4 O ～1 ． 5 元， t。 2 ． 5 ． 1 基础数 据。参 与采 矿 方 法经济 比较 的基础数据 见表 2。 2 ． 5 ． 2采 矿方法经济比较。采 矿 方法经济 比较结 果见表 3。 由表 3可知 1 三 种方案经济 比较，效益相差不 明显。分层崩落法直接经济被益比充填法高 1 0 3 0 万元 ，约 占总效益的6 ～l 0 。 2 充填法比 崩落法要 多回收 国家地 下资源，每年可多收黄金约3 4 3 7 g 。 2． 6采矿方法综 合评判 从技术和经济比较可知，三个方案技术 维普资讯 4 表 3 采矿方法经济比较 下J 趣 分层枝 分屡崩落祛 方素 Ⅲ与方 案 序号 项 目 单位 结壳填法 束 嘏 顶 掘凝土担顶 I 之 差 I Ⅱ Ⅲ Ⅲ一 I 1 矿块工业储量 t 3 7 2 6 4 3 7 2 6 4 前2 6 4 2 盎 属 储量 g 2 7 7 9 8 9 ． 4 2 7 7 9 8 9 ． 4 2 7 7 9 8 9 ． 4 3 栗 出矿量 t 3 9 3 3 4 ． 2 3 9 3 8 1 ． 3 3 8 5 C 6． 1 8 2 8 ． 1 4 出矿 品位 g／ t 6 ． 1 4 6 ． 5 6 5 e ． 7 1 4 5 回收垒眉置 g 2 l 1 2 7 1 ． 9 7 2 0 6 8 2 4 ． 1 4 2 0 6 8 2 4 ． 1 4 4 4 4 7 ． 8 3 6 销售收入 兀 l 0 1 , 1 C 5 4 ． 0 9 9 2 7 5 5 8 ． 8 口 9 2 7 5 5 8 ． 8 2 1 3 4 9 5 ． O 7 矿 山总成本 元 e 0 6 咒6 4 ． 4 5 7 e 1 4 O 1 ． 4 5 5 2 4 4 3 6 ． 4 一5 4 2 8 2 8 ． O 8 矿块荆税 一 兀 I O 3 7 9 0 ． 3 4 1 6 e 1 6 7 ． 4 “O 3 1 2 2 ． 4 3 2 9 3 3 2 ． 1 9 单位厦矿利税 元， t 1 0 3 ． 5 6 B 1 ． 7 9 0 1 1 4 ． 3 | 9 1 0 ． 7 8 1 l 0 矿 山年利 税 一 3 1 0 7 O 5 B 3 1 7 3 7 O 9 ． e 3 4 3 O 5 7 ． 9 3 2 3 4 D 0 I 1 投摄 万元 2 5 ． 9 9 5 其中，采矿设备 万壳 2 ． 8 2 充填投资 万元 2 0 ． 1 7 5 1 2 盈亏平衡点 g ／ t 4 ． 4 6 4 ． 2 3 4 ． 1 5 注，拄选冶回收率8 0 计算 a 上都是可行的，经 济指 标也相差不太，优劣 不 明显 。为 了垒面评价 各方案，达到选优 目 的 ，需 作更 深入的综合评判 。 2 ． 6 ． 1 应用模糊数学对采矿 方 法选择进行 综合评判。 目前综合评判有多种方法，如总 分法 ，加权评 分法、成本魏率分析 法和模糊 数学法等 。考虑到采矿方法选 择中有许多不 定量因素， 具有模糊性， 为能垒面准确地对各 方案进 行评判 ，选 用撞糊数 学法较为恰 当。 其 基本 模型 为 B 尺 ， ， ⋯ ⋯ 1 式 中 占 备方案的相对选择率 矩眸 ； 备因素的权矩阵； 模糊关系隶属度矩阵。 然后按照备方案的相对选择率大小排定 各 方案 的优劣次序 。 】 因素 选择及其枉值的确定 。根据 前河金矿的实际情况和兰个 方 案 的 各 自特 点，评价时考虑到l 2 个因素A一安垒性； B一矿 山的经济效益； C--贫 化率； D--矿 山生 产能 力， E一通风 条件 } F一技 术难 度； G一损失率；H机械化程度； I 一适应性． J一环境保护；K一管理难 易； L -- 投产时 间。 其 中技术难 度主要考虑施工 技术的高 低 。 环 境 保 护 主要考虑地表的破坏对周围环境 的影 响和木材 消耗对森林的破 坏； 管理 难易 主要考虑采场内矿脉阀采动影响．运送材料 的相互干扰和达产时能否多中段同时回采。 采 用熟习前河金矿耜三个方案基本情况 的专家打分，经概率统计并归一化处理后得 权 矩阵为 0． 1 1 2 ，0 ． 1 0 6 ，0 ． 1 0 1 ， 0 ． 0 9 1 3 ． 一 A B C D 0． 0 8 8 9 ， 0． 0 8 6 1 ， 0． 8 1 9， 0 ．07 9 1 ． E F G H O． 0 7 4 2 ， 0． 0 6 2 8， 0． 0 8 4 7， 0． 0 5 16 I J K L 2模糊关系隶属度矩阵的确定 。 ① 对那些定量 指标 如经济效益， 生产 能力、损失率、贫化率等采用线性函数法 确定隶属度 兰一 ～ 维普资讯 5 2 3 式中r 1 f 因素 ，指标的隶属度； ， r _ 一 f 因素 指标 值； ， ⋯ 各 因素 ，指标 的最 大值 。 上式 2 适 用 于 一 些 正 指 标 ； 式 3 适用于一 些反指标 ，如 损失率、贫 化 率 等 。 ② 对那 些定 性指标，则 用二元对 比排 序 法 中的对比平均法确定隶属 度。 经上述两种方法处理后，得三种方案隶 属度矩阵 为 R ～ r 0． 9 0 6 l 0． 2 6 8 1 0． 1 6 7 0． 8 1 1 f 0． 8 6 7 { 0． 9 3 3 1 0 ． 7 6 0 1 0． 8 0 0 J 0． 6 6 7 1 0． 8 0 0 l 0． 8 0 0 L l 1 0． 9 2 5 0 0 0 ． 9 0 6 0 ． 7 0 0 0． 5 00 0． 5 3 3 0． 46 7 0． 6 0 0 0． 5 3 3 0． 9 6 7 0． 6 3 3 I l 1 0 B 0． 1 6 7 C l j D 0． 7 5 0l 0． 5 8 3 1 F 0． 5 6 6 G 0． 6 8 3 H 0 ． 5 5 0 J 』 0 ． 5 3 3l ， 0． 8 8 3 l K 0． 6 3 3 _ ] L I 那 么三 种方案的相对择选率 为 B I, V R 0 ． 7 2 3 ，0 ． 5 5 8 ， 0 ． 6 1 3 ⋯ 即下 向胶结充 填 法 的 相 对 选 择 率 为 7 2 ． 3 ，术假顶分 层崩落法的相对选择率 为 5 5 ． 8 ，混凝土假顶分层崩落法相对选择率 为6 1 ． 3 。 2 ． 6 ． 2 采 矿方法的确定。综 合 采矿方法韧 选和对各方案的 技术 经济比较以及利 用模糊 数学法的最终评判 ，可以认为下 向分层肢 结 充填法为前河金矿最佳试 验方案，其理 由如 下 1 下向分层狡绪充填法安垒可靠， 人在光滑平 整的混凝土顶 板下工作，可提 高 工作效 率，特别 是出矿教率 。腔结充填体更 能 有镀地控 制矿山地压 活动，减少地压对地 F工程的 危害，节省 维护费用 。 2 下向分层腔结充填法可多回收国 家地 下资 源，适合 于开采高品位贵重矿物。 3分 层胶 结充 填法可实现采场的机 械 化， 减轻 了工 人的 劳动强度，通风作 业条 件也优 于崩落法 分 层崩落 法需人工运输大 量 的木材，劳动强度 大；在 同一水平作业 ， 相 互千 扰大 ，生 产能 力可能要降低。 4 充填 法适 应性 强。 当 矿 体 变化 大，厚度小时，分 层崩落法披顶 困难 ，技术 要求 高； 矿脉 窄时 ，采 用爆 破上下盘的方法 放顶 ，工 序多，干扰大 ，放顶费用可能要增 加 。 5 充填法 需建充填系统，基建 投资 比崩落法 犬。崩 落 法 术 材 消 耗 量 大 约 9 0 0 m。 ／ a ，易受木材提价 的 影 响 目前前 河金矿木材价比一般市场价低6 0 1 0 0 ， 生 产成本增 高。 混凝 土假 顶的分层崩落法 ， 同样需要在搅拌 机和 喷射 混凝土机上投资 。 3 敏 感度分析 矿 山生产过程 中，采矿方法各项技术经 济指 标经常发生波动 ，使矿 山经济 效益 发生 变化。 其 中灵敏 度较 高 ， 对 矿山经济效益影响 较大的指标 有工 业矿石地 质品位、 贫化C 率P、选 冶回收率， ， 、采 矿综合成 本 。把 以上因素作为变量 ，分别 进行敏 感度分析。 分 析模型 为 吨矿 利税EC Y 1 一尸 4 8 -- 矿 山年利税Z3 0 0 0 0 E 3 ． 1 盈亏平衡点 对确定的充填法来说 ，上 述因素变化的 盈 亏乎衡 点 1最大 贫化率提高值4 6 ． 1 6 ％； 2 最低地质 品位4 ． 4 6 g ／ t 3 晟低选冶 回收率4 7 ． 8 6 ； 维普资讯 6 4 采矿成本增加值9 5 7 ． 8 9 元， t 敏感性分析见表 4。 3。 2 镶 感性分考 } 表 4 敏蒜 性分析 单 位元I t 变 此 撞 每变化 序 号 日 素 一 2 0 f 一 1 0 l o 1 0 2 O 士1 ％ 1 贫北牢 1 O g ． 3 O 1 O 6 ． 4 3 1 0 3 ． 5 6 8 1 O 0 ． 7 0 9 7 舟4 0 ． 2 g 2 地质品啦 S 2 ． O O 7 7 ． 7 9 1 O 3 ． 5 6 8 1 6 0 ． 8 6 1 8 9 ． 5 1 5 ． 3 3 采矿成 本 1 3 4 ． 4 2 1 2 2 ． O 0 1 D 3 ． 5 B 8 8 8 ． 1 5 7 2 ． 7 2 1 ． 5 4 4 选冶回收率 5 2 ． O 0 7 7 ． 7 9 1 3 ． 5 e 8 1 2 9 ． 3 5 l 5 B ． 1 3 2 ． 5 8 注 l 以推 荐的指 标为 “ O 从表 4分析来看 ，对 利税 影响最大的 因 素 是地质品位，其次是选冶 回收率 、采矿成 本和贫化率。当地质品位增减l g ／ t 时，矿山 年 利税 增减1 0 3． 7 万元； 当选冶 回 收率提高 l 0 ％时 ，年 利税 增加9 6 ． 7 7 ／ 元； 当贫 化率增 减一个百分 点时 ，年利税 将 增 减8 ． 6 万 元； 当采 矿成 本增减2 元／ f 对，矿 山 年 利 税 将增 减 6 万元。因此必须尽快提高选冶回收率， 设法降 低采矿成本和贫化率 ，使企业得到较 高的经 济效益 。 3 ． 3 抗 风险艟 力 当矿山地质品位。贫化率，采矿成本同 时 处于不利情况下 减 或 增2 O ，矿 山年 利税 仍可逸7 O ． 0 2 万 元／ a ， 说 明 下向分层胶 结充填法有较强的抗风险能力。 4结 语 前河金矿采矿方法 试验方 案审查会， 于 1 9 9 2 年 5月2 0 日在洛阳市召开，由国家黄盘 管理局主持 ，与会专家认 为推荐 的下向分层 胶结充填法符台前河金矿实际。该法作业安 垒 ， 技术可靠，适应性强 ，矿石 损关 、 贫 化率 低 ，可以在 前河金 矿进行试验。 采用传统法选择采矿方法，在难以分辨 各方案优劣时，可利用模糊数学法对其进行 综合评 判。它可系统地 、定量地 描述采矿 方 法选择整个过程，最为符合采矿方法选择实 际。和 用模糊数 学选择 采矿方法具有准确、 垒面 、科 学的特 点。 上接薰4 0 页 年的固定资产重置价值以及按重置价值计算 的固定资产折旧额，而且还可以得到企业在 进行经济活动分析时的一些具有重要意义的 数据 1历年按基年 价格 计算的 固定资产 总 值。这一数据消除 了价格 变动的影 响，因 而可以用来反映历年企业固定资产实物量及 生产能 力的变动情况 。 2 1历年按重置价格计 算的固定资产 总 值。这 一数值虽然不能完垒反映 固定资产 实 物量的变动情况，但 当我们从现实 生产 能 力的角莺来考察固定资产的使用效果、劳动 者的技术装备程度以及其他现实经济关系等 问题时，用这个指标更合遣 3历年按重置价格计算的固定资产 净值。迭一数值能较准确地反映现实生产过 程中企业所占用的固定资叠数量，这对分析 固定资金产值率 、固定 资金 利润 率等经济效 益 指标 也有重要 意义。 4利用永续盘存法我们还可以得到 其他一些经济指标，如按基年价格计算的固 定资产折旧颧、按基年价格计算的年来固定 资产净值．按基年价格计算的臣定资产年度 增加额，等等。这些经济指标对企业进行经 济请动分析也具有一定的作用。 维普资讯