白象山铁矿开拓运输方案优化选择研究.pdf

第 3卷 第 2期 2 0 1 2 年 4月 有 色金属科学 No n f e 1 T O N S Me t a l s S c i e n c e 与 工程 a n d En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3，No ． 2 AD r． 201 2 文章编号 1 6 7 4 9 6 6 9 2 0 1 2 0 2 0 0 5 2 0 4 白象山铁矿开拓运输方案优化选择研究 郑明贵 ， 王文潇 ， 裴 晖 3 1 ． 江西理工大学矿业 贸易与投资研究 中心 ， 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 ； 2 ． 马钢集团设计研究院 ， 安徽 马鞍山 2 4 3 0 1 1 ； 3 ． 江西赣州国泰特种化工有限公 司， 江西 赣州 3 4 1 0 0 6 摘要 在矿 山设计中， 最为关键 的是矿床生产规模论证 以及采矿设计方案的确定． 一旦采矿方法得 以确定， 优选确定相应的矿山开拓运输方案便十分重要． 根据白象山铁矿的地质资源条件 以及开采技 术条件 ， 指 出适合白象山铁矿的采矿方法为连续倾斜进路尾砂 充填采矿法和点柱充填采矿法． 基于影 响开拓运输方案的关键 因素 ， 定义 了开拓运输设计方案评判指标体 系， 并建立 了利用理想点法进行 方案比较优选的方法．该方法在 白象山铁矿开拓运输方案优化选择上为矿山决策人员提供 了重要理 论 依 据 ． 关键词 白象山铁矿； 采矿方法； 开拓运输方案 ； 理想点法 中图分类号 T D 8 5 3 文献标志码 A Op t i mi z a t i o n o f t h e mi n i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n s c h e me o f Ba i x i a ng s ha n i r o n m i n e ZHENG M i n g - g u i I , W ANG W e n - x i a o 2 , PEI Hu i I ． R e s e a r c h C e n t e r o f Mi n i n g T r a d e a n d I n v e s t me n t ， J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ．Ma s t e e l Gr o u p De s i g n i n g I n s t i t u t e ，Ma a n s h a n 2 4 3 0 1 1 ， Ch i n a ； 3 ． J i a n g x i Ga n z h o u G u o t a i S p e c i a l C h e m i c a l I n d u s t r y C o ． L t d ． ， Ga n z h o u 3 4 1 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e mo s t c r i t i c a l e l e me n t s i n mi n e d e s i g n i n g p r o c e s s a r e t h e d e t e r mi n a t i o n s o f p r o d u c t i o n S C a l e a n d mi n i n g d e s i g n s c h e me s ．T h e o p t i mi z a t i o n o f c o r r e s p o n d i n g d e v e l o p me n t a n d t r a n s p o r t a t i o n s c h e me s b e c o me v e r y i mp o rta n t u p o n d e t e r mi n a t i o n o f mi n i n g me t h o d ． T h e mo s t s u i t a b l e mi n i n g me t h o d s f o r B a i x i a n g s h a n I r o n Mi n e a r e t h e c o n t i n u o u s i n c l i n a t i o n d ri f t w i t h t a i l i n g s f i U s t o p i n g me t h o d a n d t h e p i l l a r f i l l i n g mi n i n g me t h o d a c c o r d i n g t o i t s g e o l o g i c al r e s o u r c e s a n d mi n i n g c o n d i t i o n s ． An e v alu a t i o n i n d e x s y s t e m wa s c o n s t r u c t e d ， a n d b e t t e r s c h e me s w e r e s e l e c t e d o u t by i de a l - po i n t me t ho d b a s e d o n t he a n a l y s i s o f t h e k e y e l e me nt s i n f l ue n c i n g t he d e v e l o pme n t a n d t r a n s p o rt a t i o n s c h e me s ． I t c a n p r o v i d e v a l u a b l e r e f e r e n c e s for t h e mi n i n g ma n a g e me n t ． Ke y wo r d s ba i x i a n g s h a n i r o n o r e ；mi ni ng me t h o d；d e v e l o pme n t a n d t r a n s p o rta t i o n s c h e me ；i d e a l p o i n t me t h o d 在矿 山设计 中， 最为关键 的是生产 规模论证 以 及采矿设计方案 的优选 ， 其 中采矿设计方 案主要包 括采矿方法 以及矿 山开拓运输方案 的确定 ， 这两者 均依赖于矿床地质资源条件以及开采技术条件 ， 其 优 选结果如何直接影 响到矿 山今后 生产 的技术经 济效益 ， 因此 ， 对矿 山企 业来说具有非 常重要 的意 义 ． 目前 ， 国内外 众多矿 山工作者 已经做 了大量 的 研究与实践l 】 1 ， 但研究方法一般较为简单 ， 多为方 案 直接 比选 法． 本 文将 采用 多属 性 决策 理论 进行 研 究 ． 收稿 日期 2 O 1 2 - -0 2 1 3 基金项 目 江西省教育厅 青年科学基金项 目 G J J 1 1 1 2 7 ； 马钢姑 山矿业公 司委托项 目 2 o 0 8 3 6 0 7 0 9 2 4 7 作者简介 郑明贵 1 9 7 8 一 ， 男 ， 博士 ， 副教授 ， 主要从事矿业经济教学 和科研工作 ， E - m a i h mg z 2 6 8 s i n a ． c o rn． 第 3卷 第 2期 郑明贵 ， 等 白象山铁矿开拓运输方案优化选择研 究 5 3 1 采矿方法优选 白象 山铁矿是姑 山铁 矿区 内的一个大型矿 床． 矿 区内的姑山铁矿床 、 和睦山铁 矿床 、 钟九铁矿床 、 钟山铁矿床等 由马钢集 团姑山矿业公司开采．姑 山 矿 区位于 安徽省 马鞍 山市 当涂 县城 南偏东 1 0 k m 处 ， 白象 山铁矿床与姑 山矿业公司所在地直线距离 2 ． 5 k m， 地理坐标为东经 1 1 8 。 3 1 5 3 ， 北纬 3 l 。 2 7 3 4 ” ． 白象山铁矿是今后相当长一个 时期姑山矿业公司的 主力矿山， 能否按期建成 白象 山铁矿 ， 关系到姑 山矿 的长治 久安[ 5 1 ． 1 ． 1 矿体特征 矿床 内共圈定矿体 1 1个 ， 其 中 I号矿体为主矿 体 ， 地质储量约占矿床总储量的 9 8 ． 9％， 其余小矿体 占总储量 的 1 ． 1％．白象山铁矿的矿体变化很大 ， 勘 探线 1 - 9线矿体的水平厚度最大达到 3 0 0 - 4 0 0 m， 倾 角 在 9 ～ 1 3 。 ； 其 它 的在 几 十 米 ， 倾 角 在 2 0 - 4 0 。 ． 因此 ， 在不同的区段采场形式是不同的 ，基本上可分为如 下两 种 1 特厚大矿体． 主要是指勘探线 1 ～ 9线西部区 段和其他水平厚度大于 1 0 0 m的厚大矿体． 2 一般厚度矿体． 主要是矿体水平厚度 5 0 m以 下的矿体 ， 矿体倾角一般都稍大 ， 在 2 0 4 0 。 之 间． 对 矿体水平厚度在 5 0 ～ 1 0 0 m之间的， 倾角又适合采用 脉外 出矿的， 采场布置也按此布置 ， 只是采场生产能 力可按特厚大矿体采场计． 1 ． 2 采 矿方 法选择 采矿方法选择 除了要考虑通 常的基本要求外 ， 即安全 、 矿石贫化率小 、 矿石 回采率高 、 生产效率高、 经济效益好等[ 6 1 ， 还要满足矿山提 出的地表不塌 陷、 井下不突水的要求 ，而充填采矿法则能够同时满足 这两个要求[7 1 ． 根据矿体的埋藏条件和矿岩的稳定性 、 水文地质条件 ， 可选择的采矿方法有 机械化盘 区上 向分层连续倾斜进路尾砂充填采矿法 简称连续倾 斜进路尾砂充填采矿法 、 机械化盘区点柱式上 向分 层充填采矿法 简称点柱充填法 ； 对厚 大矿体 或矿 体 中厚但倾角陡的矿体采用大直径深孑 L 空场嗣后充 填 采 矿法 和分 段 空场 嗣 后充 填 采矿 法 技术 上 也 是可 行 的[8 - 9 ] ． 1 连续倾斜进路尾砂充填采矿法． 连续倾斜进 路尾砂充填采矿法是典型的机械化盘区上 向分层连 续进路式胶结充填采矿法的变异 ，只是进路呈平行 四边形 ，并且充填时不添加水泥 ，全部用尾砂充填 或增加水泥砂浆胶面 ． 回采是在每一分层 以进路 的 形式凿岩爆破出矿 ， 一条进路采完后 即进行充填 ， 在 尾砂脱水 固结后 ， 第二条进路从旁边开始回采． 这种 方法的优点是回采进路高度小 ， 顶板易处理 ， 作业安 全 ； 采用尾砂充填作业成本低 ； 能较好地适应矿体形 状 的变化 ， 矿石损失贫化率低． 缺点是采场需要一条 一 条地充 ， 工序相对较多 ， 劳动生产率相对较低． 由于 采用尾砂充填 ，因此尾砂的粒径要求较粗 ，易于脱 水 ， 采场充填接顶要求严格． 2 点柱充填采矿法． 点柱充填采矿法是在采场 中均匀布置点柱 点柱间距 1 5 m， 点柱尺寸为 4 ． 5 mx 4 ． 5 m ， 采场顶板靠点柱支撑 ， 点柱作为永久损失． 每 分层回采时采用水平炮孑 L 落矿 也有打上 向孔的 ， 充填可根据 回采的情况分次充填． 和连续进路倾斜尾 砂充填采矿法相 比，点柱充填采矿法的优点是凿岩 爆破的效率高 ， 采场生产能力较大 ， 也能较好地控制 采场顶板和矿体上盘围岩稳定． 缺点是采场暴露面积 较大 ， 采场顶板管理要求严格 ， 安全可靠性 比采用连 续进路倾斜尾砂充填采矿法相对要低． 3 大直 径深孔空场嗣后充填采矿法和分段空 场嗣后充填采矿法． 该方法的优点是人员设备不需进 入采场空区，回采作业安全 ；采用集中凿岩集 中出 矿 ， 设备利用率高 ； 单位开采面积采矿生产能力大． 缺 点是采场暴露的高度大 ，在水文条件复杂的矿 山不 能及时有效地控制涌水突发事故 的发生 ；如矿房不 采用胶结充填则需 留大量 的矿柱不能回收 ，矿石损 失率大 ， 如矿房采用胶结充填则充填成本相对较高 ； 对矿体的形状变化适应差 ， 因而矿石的贫化率大， 矿 石损失率也较大． 因此 ， 不推荐采用该采矿方法． 若矿 岩的稳固性较好 、 矿体倾角和厚度又适宜的情况下 ， 在矿体疏干之后 ，可试用沿走 向布置 的分段空场嗣 后充填采矿法 ，但最后空区应完全充填接顶 以保护 地 表． 4 采矿方法优选． 根据矿山提 出的保证地表不 塌陷 、 井下不突水等要求 ， 结合 白象山铁矿床开采技 术条件 ， 考虑到矿山生产规模的需要 ， 认为必须采用 连续倾斜进路尾砂充填采矿法和点柱 充填采矿法 ， 才能实 现安全高强度 回采 ，满足 矿 山年采 出矿量 2 0 0万 t 以上并保护地表的要求．为适应 白象山的层 状缓倾斜 、 水平 矿体厚度变化较 大的情况 ， 连续倾 斜进路充填采矿法和点柱充填采矿法 ， 均沿走 向布 置盘区 长 1 0 0 m ， 特厚大矿体每个盘区按 1 0 0 mx 1 0 0 m划分为若干个矿块． 2 主要开拓运输方案及其技术经济指标 ； 2 ． 1 主 要开 拓运输 方 案 根据矿体的赋存条 件和矿床开采技术条件 ， 矿 床开拓主要以竖井开拓为主 ，开拓运输方案受厂址 的影响， 初步拟定 4个方案 ， 分别为 1 方案 - ． 主副井 、 选厂在龙尾冲方案． 采用主副 井开拓 ， 主副井和选厂布置在龙尾冲的山坡上 ， 工业 场地靠近矿体 在_ 4 7 0 m水平副井离矿体约 6 6 0 m ． 2 方案 D 主副井 、 选厂在泉水湾方案． 采用主 5 4 有 色金属科 学与工程 2 0 1 2 年4 月 副井开拓 ， 主副井和选厂布置在泉水湾的山坡上． 3 方案 D， 届0 井在钟 山 ， 主井和选厂在龙尾 冲 方案． 采用主副井开拓 ， 副井布置在钟山 青山河的西 面 ， 主井和选厂在龙尾冲的山坡上． 井下人员 和材料 均从钟 山副井下到井下 ，机修可完全利用已有的设 施眉4 井场地应增设变 电所 ， 为副井服务 ， 地表布置空 压机房． 但在主井附近需设一条进风井 即方案 D 中 的副井位置 ， 进 风井 内设梯 子间 ， 排水管 、 供水管 、 供 电电缆从进风井走． 4 方案 D ． 钟山通地表的斜坡道 ， 主井和选厂在 龙尾冲方案． 采用主井和辅助斜坡道开拓 ， 辅助斜坡 道开 口布置在钟 山 青 山河 的西面 ， 主井和选 厂在 龙尾冲的山坡上．在钟山掘进斜坡道到一 4 5 0 m水平 即取代方案 D 中的副井和副井石门 ，人员材料通 过无轨设备运输到井下 ，从地表到井下一 4 5 0 12 “1 水平 辅助斜坡道长约为 3 3 0 0 m ． 2 ． 2 主 要技 术经济 指标 所提出开拓运输方案的主要技术经济指标见表 1 ． 表 1 主要技术经济指标 3 基 于理 想点 法的开拓运输方案优化选择 3 ． 1 开拓 运输 方案 优缺 点 比较 各开拓运输方案的优缺点见表 2 ． 由表 2可知 ， D 基建工程量省 ， 基建时间相对要 短 ， 但年均经营费用较高 ； 与 D 相比， D 主副井远离 矿体多 4 6 0 m左右 ， 井下运距也多 4 6 0 m 单程 ， 此 方案基建时间相对要长一些 ，人员上下班井下需多 走约 4 6 0 m； D 基建工程量大 ， 但利用 了原来 的一些 设施 ， 如原有 的一些住宅和土地 ， 可减少征地的数量． 但副井石门巷道长 ， 到矿体约 1 8 0 0 m， 且巷道需要穿 过 F 断层 ， F z 断层导水性强 ， 周围岩石不好 ， 给施工 会带来一定的难度 ； D 减少 了井简装备 、 井塔及提升 设施 ， 无轨设备上下 、 材料运输非常方便 ， 但斜坡道 运输紧张． 直观来看 ， D 与 D 难以取舍 、 似乎优于 D， ， 但 D 、 D 与 D 比较起来 ， 较难下结论 ， 还需要结 合 表 1以及矿 山治水 实 际情况加 以权 衡． 表 2 4个 方案优缺点比较 3 ． 2 基于理想点法的开拓运输方案优化选择模型 1 基于理想点法的多属性优化选择模型 矿山开拓运输方案的选择是一个多 目标优化问 题 ， 可进行 以下描述 方案集 D { D l } i 1 ， 2 ， ⋯ ， m ； 属性集 x { x j J ， l ， 2 ， ⋯， ， 属性值为 ， 属性 向量 为 ， X i 2 ， ⋯， X i ； 目标集为 y { Y k } k l ， 2 ， ⋯， p ， 目标值为 ． 通过 目标函数 建立 的属性向量 与 】 ， 的关系， 即 ． 可得评价矩阵[ 1 0 - 1 2 ] 一 一 一 一 一 F - [ F ， F x ， ⋯ ， F x ， ⋯， F x ] 其 中F x ， ⋯ ] 为评价属性 的价值函数 V j x ， 则 V 1 1 1 V 1 2 1 ； V 1 1 V 2 1 2 V 2 2 2 V 2 2 V 1 2 i V 在优选方案 目标体系中包括两大类 目标 ，即极 大型 目标和极小型 目标． 一般来说 ， 希望所优选 的方 案具有理想值 ． 然而实际上 ， 理想点是不太容易求 出 的， 因此 ， 只有在拟定备择方案中寻求相对较优． 如果 目标函数没有数学解析表达式 ， 则只能由实验求得 ， 也可以根据专家经验提出近似理想值． 近似理想点确定后， 需要构建理想方案 ， 即 r， 则 第 3卷 第 2期 郑明贵， 等 白象山铁矿开拓运输方案优化选择研 究 5 5 r 。 ， V ， ⋯ ， 『m a x 为极大型指标 其 中 1m ；n 为 极 小 型 指 标 于是寻求 D ，使其到近似理想点 的距离最小． 另 外 ， 如果各属性 目标 的重要程度不一样 ， 那么引进权 重 { l ∑ 1 ， ≥ 0 } ，则 f U i m i n 式 1 中 O L i 为 D 与 ，的近似程度 ， 即近似度． U D 3 说明选出的最优方案与 r最接近， 即 最小． 2 开拓运输方案评判指标体系的构建与测算 第 1 ， 构建开拓运输方案评判指标体系， 见表 3 ． 第 2 ， 对表 3中 、 两项指标采用百分制打分． 其 中 易为 0 ， 一般为 6 O ， 较难为 8 O ， 难 为 1 0 0 ； 一 般为 6 0 ， 较好为 8 0 ， 好为 1 0 0 ． 第 3 ， 选择标准化函数 ， 求 出标准化矩阵． 设 ， 1 、 ， 2 依次为极大型、 极小型指标 的集合 ， 于是可以选取如 下的标准化函数 mi n Y 二 L 一 ， 1 ma xx -mi n i| m ax _ _ _ i y q 赢tj tj ∈ ， 2 则标准化矩阵 f 1 ． 0 0 1 ． 0 0 1 ． 0 0 1 ． 0 0 0 ． 0 0 O ． O 0 1 y 1 0 ． 6 0 0 ．5 0 0 ． 7 5 1 ．0 0 o ．6 2 0 ．0 0 l 一 1 0 ．2 4 0 ． O 0 0 ． 5 0 0 ． O 0 0 ． 1 7 1 ． O 0 l 1 0 ． O 0 0 ． 0 1 0 ． O 0 0 ． O 0 1 ． O 0 1 ． O 0 l 表 3 开拓运输方案评判指标体 系 第 4 ， 计算各指标 的权重系数． 首先将评价指标 按 照行和列排列 ， 形成一个正方形表格 ； 其次 ， 利用 相对 比较法对指标之间的关系进行分析 ，将评分值 记人表格 ； 然后 ， 将指标评分值每行求和 ； 最后 ， 归一 化 ， 得到权重系数． O ． 1 5 ， 0 ． 1 0 ， 0 ． 1 5 ， 0 ． 2 0 ， 0 ． 3 0 ， 0 ． 1 0 第 5 ， 求各个方案与理想决策方案的近似度． } 理想点为 广 ， ，⋯ ， V 1 ， 1 ， 1 ， 1 ， l ， 1 ． 利 用式 1 ，取 P 2 ，则 O L l 0 ． 6 3 2 ，O ／ 2 0 ． 4 4 9 ，O t 3 0 ． 7 9 4 ， 0 ． 7 7 3 ．因此 ， 4个开拓运输方案的排序为 D 2 、 D 、 D 、 ， 设计推荐方案为 D 或 D ． 4 结 论 根据姑 山矿提 出的保证地表不塌陷 、井下不突 水等要求 ， 结合 白象山铁矿床开采技术条件 ， 考虑到 矿山生产规模 的需要 ，得出必须采用连续倾斜进路 尾砂 充 填采 矿 法 和点 柱 充填 采矿 法 ，才 能实 现 安 全 高强度回采 ， 满足矿 山年采出矿 2 0 0万 t 以上并保护 地表的要求． 根据 白象山铁矿床矿体 的赋存条件和矿 床开采技术条件 ， 拟定 了 4个开拓运输方案 ， 建立了 开拓运输方案评判指标体系 ，利用理想点法对 4个 方案进行 比较优选 ，结果表明 D 、 D 依次为较优推 荐方案． 上述研究成果 已经被马钢集团姑山矿业有 限 公司采纳 ， 目前正在应用中， 长期社会与经济效益预 期 良好． 因此 ， 利用理想点法进行矿 山开拓运输方案 的优化选择具有较好的可靠性以及实用与推广价值． 参 考文 献 【 1 ] 刘 晓飞 ， 盂庆森 ， 樊志 刚． 南芬露天矿 矿石开拓 运输过渡 方案的决 策分析[ J 】 ． 矿业快报 ， 2 0 0 6 1 2 3 3 3 5 ． [ 2 ]黄进京 ， 钟太兴 ， 贺 健． 行 洛坑钨矿 选厂厂址 选择与开 拓运输方 案 的论证『 J ] ． 有 色金属 矿 山部分 ， 2 0 0 8 ， 6 0 4 7 1 0 ． [ 3 】 贺秀英． 峨 173 铁矿采矿扩能改造开拓运输方 案的优 化l J 1． 金属矿 山， 2 0 0 9 6 4 3 4 5 ． [ 4 ] 李 含 明． 铜 山 口铜 矿深 部 开拓 运输 方 案研 究 l J 1 ． 中 国矿 山工 程 ， 2 0 1 1 ， 4 0 2 6 - 8 ． [ 5 】 郑 明贵 ， 王文潇 ， 蔡 嗣经． 基 于 目标规 划的单矿 床矿产资 源开发优 化模型【 J J ．金属 矿山， 2 0 1 0 5 5 1 5 4 ． 【 6 】 王青 ， 史维祥． 采矿学[ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 7 】 王全征． 白象山复杂 富水铁矿 突水风险综合分析与评价[ D 】 ． 青 岛 青 岛理工大学 ， 2 0 0 9 ． [ 8 】 蔡嗣经． 矿山充填力 学基础[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 9 ． [ 9 ]中国有色工程设计研究 总院． 白象山铁矿初步设 计 第 1卷 J R] ． 北 京 中国有色工程设计研究 总院， 2 0 0 5 ． [ 1 0 】 叶义成 ， 柯丽华 ， 黄德育． 系统综合评价技术及其应用【 M】 ． 北京 冶 金工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 1 】 ] 郑 明贵 ， 蔡嗣经． 基 于理想点法 的金属 矿山扩建方 案选择[ J 1 ． 金属 矿 山， 2 0 0 8 7 5 8 ． [ 1 2 】张颖． 多属性 决策理论在矿 山开采规模 中的应用叨． 有色金属科 学 与工程 ， 2 0 1 1 ， 2 2 8 6 8 9 ．