丰山铜矿北缘采矿方法优化比较.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 0 0 CN 4 3～ 1 3 47 ／TD 采矿技术 第 】 1 卷第 6期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，Vo 1 ． 1 1 ， No ． 6 2 0 1 1年 1 1月 NO V．2 01 1 0前言 丰 山 铜 矿 北 缘 采 矿 方 法 优 化 比较 高 进 大冶有色金属股份有限公司丰山铜矿 ， 湖北 阳新县4 3 5 2 3 2 摘要 丰山铜矿北缘采用的壁柱式上向水平分层尾砂充填法是在 当时铜价格 不到 2万 元／ t 情况下， 主要从提 高生产能力考虑而设计采用的。 目前铜价格基本稳 定在 6 7 - e L ／ t 以上 ， 显然原设计 已很不合理 ， 通过分析对比点柱式上 向分层 充填、 壁柱式上 向水平分层 尾砂充填、 上向水平分层进路 充填的各项技术经济以及模糊数学方法综合评价结果， 得 出 了使用上向水平分层进路充填法在北缘矿体更优化的结论。 关键词 采矿方法选择 ； 模糊数学方法； 丰山铜矿 丰山铜矿位于湖北省阳新县富池镇 ， 是一座开 采了近 3 0年的中型老矿山。丰山铜矿井下开采分 为南、 北缘矿带两个部分。北缘原设计为上向水平 分层尾砂和胶结充填法 ， 即矿柱胶结充填、 矿房尾砂 充填的两步骤回采方法， 由于该采矿方法工艺复杂、 矿块生产能力低 、 成 本高等原 因， 1 9 8 5年改为上向 水平分层点 条 柱尾砂充填法 ， 该法 因矿石损失较 大 ， 安全性较差 ， 2 0 0 3年已在北缘 一1 5 0 r n中段试验 采用壁柱式上向分段尾砂充填法 。北缘生产能力初 期为 5 0 0 t ／ d ， 目前 已基本达到 9 0 01 0 0 0 t ／ d 。 由于目前丰山铜矿北缘所采用的壁柱式尾砂上 向分段充填采矿方法存在工艺复杂 、 矿块生产能力 低、 成本高、 矿石贫化损失大， 安全性较差等问题。 为确保矿山生产稳定、 持续发展必须对丰山铜矿深 部回采和充填的工艺进行优化， 确定合理的工艺参 数和主要技术经济指标 ， 为生产管理提供依据。 主要由矽卡岩型矿石组成 ， 部分地段由大理岩型矿 石和少量的花岗闪长斑岩 型、 角砾岩型矿石组 成。 矿体平均品位 0 ． 8 4 ％ ， 沿矿体走向 一7～8线 、 l 4～ 一 1 4线 、 1 7～一1 7线铜 品位较高 ， 其它地段铜 品位 偏低； 矿石类型中， 以矽卡岩中铜品位较高， 大理岩 型 、 花岗闪长斑岩型 、 角砾岩型矿石 中铜品位较低 ， 总之， 5 0 1 号矿体强化强度偏弱。上盘围岩为花岗 闪长斑岩 ， 下盘围岩为大理岩。 概括起来 ， 丰 山铜矿北缘矿床矿体的赋存状态 和开采技术条件具有以下特点 1 倾角较大 ， 矿体倾角一般为 6 5 。 及以上； 2 厚度中厚 ， 矿体厚度平均为 1 5 m左右 ； 3 矿体 底 板稳 固， 但顶 板 围岩 较破 碎 ， 不 稳 固； 4 矿体中稳至不稳固； 5 矿体连续性较好； 6 地 表不 允许 崩落 ， 地下 采空 区必须 充填 处理 。 l 开采技术条件 2 北缘采矿方法选择 北缘主矿体为 5 0 1号矿体 ， 呈似层状 、 透镜状分 布于 7 ～ 2 1 线， 其中 1 1 ～ 1 3 线间矿体连续性较差。 矿体走向7～ 1 6线 3 0 0 。 左右， 1 7一 l 9线转为2 2 5 。 ， 1 9～ 2 1 线为东西向， 矿体倾向从东往西由南西转向 南东， 再转为南。倾角变化大， 一般在 5 5 。 ～ 7 5 。 之 间。矿体出露起伏变化大 ， 位于 6 5～一 4 0 0 m标 高 。矿 体厚度变化 大， 沿走 向、 倾 向均具有胀缩 现 象 ， 最厚达 5 0 m， 一般厚度在 6～1 5 1 1 1 之间。矿体 的形态、 产状严格受接触带形态、 产状的控制。矿体 根据丰山铜矿矿体赋存条件 ， 对优化选择 的采 矿方法进行典型方案设计 。典型矿块参数确定为 矿体平均倾角6 5 。 ， 矿体平均厚度 1 5 m 对应水平厚 度约 l 6 ． 5 5 m ， 中段高度 6 0 m。 1 方案 I， 点柱式上 向分层充填采矿法。先 将矿块划分成若干采场， 在有两帮围岩及点柱支撑 的矿石顶板下， 以充填体作为工作底板， 上向分层逐 层回采 、 充填作业 ， 崩落矿石采用小型铲运机铲运至 采场溜井 ， 典型方案见图 1 。 高进 丰山铜矿北缘采矿方法优化比较 l 5 B- B 卜 图1 点柱式上向水平分层充填采矿法典型方案 2 方案 Ⅱ， 壁柱式上向水平分层尾砂充填采 矿法 。将矿块划分成采场 ， 上 向分层逐层 回采 、 充 填， 以充填体作为下分层作业的工作底板， 崩落矿石 采用小型铲运机铲运至采场溜井。先回采矿房， 矿 房与矿房之间留有条形矿柱。在矿体上盘围岩不稳 固段留 1 m的连续护壁柱保护上盘 围岩 ， 矿房 回采 结束后 ， 在矿体稳 固的情况下将 条形矿柱进行部分 回收， 形成点柱， 整个采场回采结束后进行充填。典 型方案见图 2 。 3 技术经济分析 3 方 案 Ⅲ， 上 向水平分层进路充填采 矿法。 将矿块划分成采场， 对整个采场而言， 每分层划分成 若干进路 ， 以进路为单元 ， 各进路间隔回采 、 充填 ， 并 以分层方式 由下 向上逐 层 回采。一期进路 隔一采 一 ，二期进路充二采一， 待一期进路充填养护足够时 间之后 ， 再回采二期进路 。整个分层各采场进路 回 采充填完后 ， 再 回采上分层进路。由于每条进路 回 采后， 都及时进行了充填， 有效地控制了顶板暴露面 积与暴露时问。典型方案如图 3所示。 l 一 阶段运输平巷 2 一 阶段穿脉平巷 3 一 顺路出矿溜井 4 一 充填泄水井 5 一 分段平巷 6 一 采场联络道 7 一 回风充填天井 8 一 矿体 9 一 切割平巷 1 O 一 采矿进路 1 1 - 护顶矿壁 1 2 一 水砂充填体 1 3 一 铜砼底板 l 4 一 底柱 1 5 一 点柱 图2 壁柱式上向水平分层充填采矿法典型方案 根据丰山铜矿北缘矿体开采技术条件及工程现 状， 对方案 I、 方案 Ⅱ和方案Ⅲ进行技术经济分析和 优缺点比较 ， 见表 1和表 2 。 主要技术经济指标 采场生产能 力 1 5 0 2 5 0 t ／ d 采矿贫化率1 5 ％ 千吨采切 比 2 ． 3 2 m／ k t 采矿工效 l 3 ． 4 6 f ／ 工班 采矿损失率 2 0 ．9 6 ％ 采矿直接成本 6 4 ． 1 4元／ t 表 1 北缘各采矿方法方案技术经济比较 方案 采场生产能 采切比 损失率 贫化率 采矿效率采矿直接 序号 力 t ／ d m ／ k t ％ ％ t ／ X 班 成本 元／ t I 1 5 0～2 5 0 2 ． 0 6 1 7． 5 I 2 l 3 ． 8 l 6 4． 1 2 l I 1 5 0～2 5 0 2 ． 3 2 2 0 ． 9 6 l 2 1 3 ． 4 6 6 4 ． 1 4 Ⅲ 1 5 0～2 2 0 1 ． 8 4 1 O l O 】 3． 1 4 6 7． 1 4 采矿技术 2 0 1 1 ， 1 1 5 AA 4 ＼ ． ． ～ ’ 翟 8 每 ㈡ ， j ＼5 ＼ }1 ＼ 2 ＼、3 } - 、 1 、 ＼ ＼ 、 I r - ～兰 三 lⅢ __ 二 l_二_ 一三 一 二 二 二 二 | _ Ⅲ_一 一兰 。 一 CC A i 一 一 2 6 o 段运输平巷 2 一 顺路溜矿井 3 一 人行滤水并 4 一 回采进路 5 一 采场进路联络巷 主要技术经 济指标 6 一 充填圊风井 采场生产能力 1 5 0 ～ 2 5 0 ff d 7 一 一 2 0 0 中段运输巷 采矿贫化率 1 0 ％ 8 一 一 2 6 0 0 0 段穿脉 千吨采切比 4 ．5 m／ k t 9 一 胶结充填体 采矿工效 9 ．8 2 t i t班 采矿损失率 1 0 ％ 图 3 上 向水平分层进路充填采矿法典型方案 表 2 北缘各采矿方法方案优缺点比较 采矿方案 优点 缺点 点 柱 式 l上 向 变 冀 形 态 进 行 睬降 霍 吴 多 留 取 点 柱 来 倾 板 暴 露 面 积 ’加 大 篝 鬟簇 鬟 言 主 产 墨 喜 宴 譬 山 窟县⋯ 始 赤 茎 瓮 翥 赢 ～ 雌 一 月 采 废 石 充 填 ，减 少 废 石 出 窿 量 ， 降 低 运 输 成 本 。 案 瓮 后 充 填 采 矿 法 、 分 段 碎 石 胶 结 充 填 采 回采对边界适应能力强 ， 能随着矿体 的形态进行 回采 ， 降 壁柱式上向低废石 的混入率 ， 提高矿石的入选品位 ； 水平分层充先采矿房 ， 后 回采条形矿柱形成点柱 ， 有效控制采场顶板 填采矿法 暴露面积 ， 确保 回采安全 ； 方案 Ⅱ 采场上盘围岩不稳 固段留有 1 m 的条 形连续 壁柱 ， 减 少 上盘围岩垮塌 ， 降低贫化 。 最后 留有 的点柱与上盘护壁矿石量大 ， 损失率 高； 回采工艺复杂， 劳动强度大 ； 多矿块， 多工作面同时作业， 各工作面相互连通， 容易产 生 串风 ， 通风困难 ； 采矿成本比空场嗣后充填采矿法、 分段碎石胶结充填采 矿法 、 无底柱分段崩 落采矿法略高 。 上 向 水 平 分 璧 性 强 ，对 形 态 复 杂 和 产 状 变 化 大 的 矿 体 ， 能 有 效 进 行 采 场 为 独 头 巷 道 型 通 风 ， 通 风 效 果 相 对 较 差 桑 熬 c簇 ， 雷 晨 皋 篙 条 形 矿 柱 ’矿 石 回 采 损 失 率 租 贫 化 率 忆 资 垄 嬲 尕 黼 ； 4 采矿方法最优方案的确定 参照有关文献 ， 建立模糊 数学模型。影响采矿 方法选择的因素很多， 根据丰山铜矿的具体情况 ， 采 矿方 法 选 择 主 要 考虑 以下 几 个 因素 安全 因素 B 1 、 经济因素 B 2 、 资源因素 B 3 、 效率 因素 B 4 ， 各层次诸因素间的关系如图4所示。 图4 采矿方法选择影响因素的层次结构 各分指标 C 1 、 c 2 、 C 3 、 C 4 、 c 5 、 C 6 、 c 7 、 C 8 对总 目 标 A的权重分配值可由表3 计算求得。 由表 3可知 ， W 0 ． 1 5 ， 0 ． 1 1 ， 0 ． 1 2， 0 ． 1 1 ， 0 ． 1 4 0 ． 1 4 ， 0 ． 1 1 ， 0 ． 1 2 。 由初选结果可知 ， 决策论域 { 方案 I， 方案 Ⅱ， 方案 Ⅲ} ， 影响采矿方法选择的主要 因素集合为 V { 顶板安全 c l ， 通风条件 c 2 ， 采矿成本 c 3 ， 采切 比 c 4 ， 损失率 c 5 ， 贫化率 c 6 ， 采矿工效 c 7 ， 生产能力 C 8 } 。上述各因素中定量指标参考本矿和 国内外类 似矿 山选取 ， 定性指标则由专家按最差 、 差 、 较差 、 中 等、 较好、 好、 最好7 个标准进行评比， 各因素的权重 值见表 3 ， 各方案的主要因素评价见表 4 。 评价指标值单位不同， 为具有可比性， 首先需要 无量纲化， 之后可构成一个评价矩阵R， 其中对定量 高进 丰山铜矿北缘采矿方法优化比较 1 7 指标 由下式确定 表 3 因素权重 w值计算 Bl B2 B3 B 4 4 A __ 0 5 1 0 2 2 0 0 ‘ ． ． ．O 7 ． 2 0 J -。 0． 9 0 O ． 1 5 0 ． 1 0 0． 1 l 0 ． 41 0． 1 2 0 1 0 0． 1 1 0 ． 0 5 O ． 1 7 0． 1 4 0 ． 1 7 0 ． 8 3 0． 1 4 O ． 2 7 0． 7 5 0． 1 1 0． 2 5 O． 1 2 1 ． O O 表 4 各方案主要因素评价 方案序号 采 I 1 7 ． 5 Ⅱ 2 O． 9 6 Ⅲ 1 0 1 3． 8l 1 3． 4 6 1 3 ．1 4 2 2 0 2 2 0 2 0 0 当 为 负 指标时， 产 ； 当 为正指标时， 。 式中 _ 因素指标的最大值； i 因素指标的最小值 ； d 极差值， d f jm 一 ； ， I 方案 因素的指标值。 对其余定性指标采用等级评定法， 按如下 7 级 赋值标准给出评定值 最差 0～ 0 ． 0 5 ， 差 0 ． 0 5 0 ． 2 0 ， 较差 0 ． 2 00 ． 3 5 ， 中等 0 ． 3 50 ． 5 0 ， 较 好 0 ． 5 0～ 0 ． 6 5 ， 好 0 ． 6 5～0 ． 8 0 ， 最好 0 ． 8 0～ 0 ． 9 5 。 由此得评价模糊矩阵 为 R 0 ． 3 5 0 ． 6 5 1 0． 2 1 l 1 1 O． 5 0 ． 6 5 0 ． 9 8 0 ． 0 2 O 1 0． 9 2 1 运用加权平均模型 ， ① 对各方案进行评 价 ， 计算结果为 AWR O ． 6 9 4 ， 0 ． 6 6 8 ， 0 ． 7 7 7 方案 I、 方案 Ⅱ、 方案 Ⅲ的特征值分别为0 ． 6 9 4， 0 ． 6 6 8 ， 0 ． 7 7 7 ， 根据最大隶属度原则， 采用模糊数学 方法对各方案的优缺点 、 技术经济、 安全性等方面进 行综合评价， 各方案从优到劣基本排序可列为 方案 Ⅲ、 方案 I、 方案 Ⅱ。 5 结 论 根据北缘矿体开采技术条件和开采现状及国内 外矿山， 初选了点柱式上向水平分层充填采矿法 、 壁 柱式上 向水平分层全尾砂充填采矿法 、 上 向水平分 层进路充填采矿法等采矿方法 ， 通过对各方法的方 案设计 、 优缺点分析 ， 技术经济比较 以及模糊数学方 法综合评价得出 1 点柱式上向水平分层充填采矿法与壁柱式 上向水平分层进路充填采矿法的充填及回采工艺相 对简单 ， 但这两种方案均需 留取点柱或条形壁柱减 少顶板或上盘围岩暴露面积， 以保证人员及设备作 业安全， 两种方法均存在点柱或壁柱矿石损失大， 护 顶工作困难等缺点； 2 上向水平分层进路充填采矿法不需留点柱 或条形矿柱 ， 能有效控制上盘围岩暴露面积 ， 矿石 回 采损失率和贫化率低， 资源回收率高； 回采对矿体边 界适应性好， 但采矿成本方面稍高于点柱式上向水 平分层充填采矿法和壁柱式上 向水平分层进路充填 采矿法； 3 通过对3种方案采用模糊数学方法综合评 价得出上 向水平分层进路充填采矿法为北缘开采最 优采矿方法 ， 点柱式上 向水平分层尾砂充填采矿法 次之。 参考文献 [ 1 ] 史太禄 ， 任风玉 ， 等． 模糊数学在采矿方法优 选中的应用 [ J ] ． 金属矿 山， 2 0 0 7， 1 1 2 9 3 1 ． [ 2 ] 肖木恩 ． 模糊数学在采矿方法选择中的应用 [ J ] ． 矿业研究 与 开发 ， 2 0 0 3， 2 3 1 1 5一l 7 ． [ 3 ] 采矿手册 编辑委员会． 采矿设计手册 第 4卷 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 『 4] 王青． 采矿学 『 M1 ． 北京 冶金 l 出版社 ， 2 0 0 3 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 71 3 作者简介 高 进 1 9 7 6一 ， 男， 湖北汉阳人， 助理工程师， 主要从事于矿山采矿生产及技术管理。 ￡ ；∞ 3 凹 傩 ∑ 3 0 卯 ● 0 5