缓倾斜极薄铁矿体采矿方法选择研究.pdf

S e r i e s No ． 4l 8 April 201 1 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第4 1 8期 2 0 1 1 年 第 4期 采矿 工程 缓倾斜 极 薄铁 矿 体 采矿 方 法选择研 究 徐文彬 宋卫东 杜建华 唐国友 刘博华 1 ．北京科技 大学 ； 2 ．武 汉钢铁 集 团矿业有 限责任公 司 摘要基 于缓 倾斜极薄类铁矿体 的工程地质条件 ， 利用 H a m m i n g 距 离法进行 了采矿方法初选 。在 初选方案 的基础上， 综合考虑开采的安全性 、 经济技术指标、 开采效率以及环境等因素 ， 建立 了影响采矿方法选择的指标体 系和层次分析结 构模 型 。利用层次分析 法确定 了各层 次间 的判断 矩阵 ， 而后 得到 了各 因素的权 重 向量 ； 最 后建立 模糊决策数学模 型 ， 根据最 大隶属度原则 ， 确定 了最优方案 。研 究证明 ， 液 压护顶长壁法 是开采缓倾 斜极 薄类铁矿 床最优 的采矿方 法。 关键词缓倾斜 极薄矿床层 次分析法模糊综合评 判模 型 长壁法 St ud y on t h e M i ni n g Pr op o s al Se l e c t i o n f o r Ge nt l y I nc l i ne d a nd Ex t r e m e l y Th i n I r o n M i ne Xu We n b i n S o n g We i d o n g D u J i a n h u a T a n g G u o y o u L i u B o h u a 1 ． U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g ； 2 ． W u h a n I r o n S t e e l G r o u p Mi n e r a l s C o ． ， L t d ． Abs t r ac t Ba s e d o n g e o l og i c a l c o n di t i o n o f g e n t l y i nc l i ne d a n d e x t r e me l y t hi n i r o n mi ne，Ha mmi ng d i s t a n c e me t h o d i s u s e d t o c ho o s e t h e p r i ma r y pr o p o s a l o f mi ni ng me t ho d；Th e n c o n s i de rin g s u c h mi ni ng f a c t o r s a s t h e s a f e t y o f mi n i n g，e c o n o mi c a n d t e c hn i c a l i n d e x，mi ni ng e ffi c i e n c y，e n v i r o nme n t a l e f f e c t a nd S O o n，t he mo d e l o f t he i n de x s y s t e m a n d a na l y t i c a l h i e r a r c h y pr o c e s s whi c h a f f e c t mi ni n g me t h o d c ho i c e i s e s t a bl i s he d ．Bo t h t h e e v a l u a t i o n ma t r i x a mo ng v a r i o us l e v e l s a n d t h e we i g h t ma t r i x o f d i f f e r e nt i n flu en c e f a c t o r s a r e a l s o o b t a i ne d by t he AHP me t ho d；At l a s t ，t h e Fu z z y de c i s i o n ma t h e ma t i c s mo d e l i s b ui l t ． And d ue t o t he ma x i mum me mb e r s hi p g r a de princ i p l e，t h e o p t i ma l p r o p o s a l i s de t e r mi n e d．Th e r e s e a r c h r e s u i t s ho ws t ha t l o ng wa l l mi ni ng me t h o d wi t h h y dr au l i c pr e s s u r e fla me s up p or t i ng c a p pi ng r o c k i s t he o p t i ma l mi n i ng p r o p o s a l f o r t he g e n t l y i n c l i n e d a n d e x t r e me l y t hi n i r o n mi n e ． K e y w o r d s G e n t l y i n c l i n e d a n d e x t r e m e l y t h i n i r o n m i n e ， A n a l y t i c a l h i e r a r c h y p r o c e s s A HP ，F u z z y e o mp r e h e n s i v e e v a l ua t i o n mo de l，Lo n g wa l l me t h o d 在矿山开采设计 中， 采 矿方法 的选择具有决定 性 的作用 ， 它决定着 回采工艺 、 设备型号 、 掘进工程 量 、 劳动生产效率 以及资源的 回收利用率。采矿方 法的选择直接影响矿山企业 的投资和经济效益。 模糊综合评判法 、 人工神经 网络 、 灰 色理论 、 聚 类分析等方法在研究大量不确定性 、 模糊性 、 随机性 因素问题时， 具有较强的优 越性 。模糊数学是一 种运用数学原理处理一些具有 “ 模糊性 ” 事件 的数 学理论 ， 其在各方案选择 中， 把在复杂系统设计过程 中那 些 只能定 性 描述 的模 糊 概念 、 模 糊推 理 、 模糊 判 断及模糊决策数字化 、 定量化 。然而在复杂 的指 标体系权重的选择中， 仅通过专家 的主观评审选取 ， 依然带有主观性。层次分析法是一种层次权重决策 分析方法 ， 决策者通过将复杂 问题分解为若干层次 和若干因素 ， 在各 因素之间进行简单的比较 和计算 ， 就可 以得 出不同方案的权 重 ， 为最佳方案 的选择提 供依据 J 。本研究 以官店铁矿为工程背程 ， 结合缓 倾斜极薄类铁矿床工程地质 、 开采技术条件 ， 建立了 采矿方法综合评判指标体系 ， 利用层次分析法确定 了各 因素权重 ， 最后建立模糊决策数学模型进行综 合评判 ， 根据最大隶属度原则 ， 确定 了最优方案 。 1 模糊 综合评判法选择 采矿 方法的步骤 模糊综合评判法是 以模糊数学为基础 ， 通过构 造等级模糊子集把反映评判对象的模糊指标进行量 化 ， 而后利用模糊 数学原理对各指标进行综合。模 糊综合评判法主要包含 4个要素[ 4 , 6 - 7 ] 因素集 ； 方 案集 S ； 隶属矩阵 和权重分配 向量 w。一般分为 以下几步 ①采矿方法的初选 ； ②求出初选方案各指 {“ 十一五” 国家科技支撑计划项 目 编号 2 0 0 7 B A B 1 5 B 0 3 。 徐 文彬 1 9 8 5 一 ， 男 ， 北京科技大学土木与 环境工程学 院， 博士研究 生 ， 1 0 0 0 8 3北京市海淀 区学 院路 3 0号 3 5 1信箱。 5 总第4 1 8期 金 灿 2 0 1 1 年第 4期 标的隶属函数； ③指标 的加权处理 ； ④选 出最优方 案 。 在进行完上述步骤后 ， 即可建立模糊决策数学 模型， 计算各采矿方法的相对选择率 ， 根据最大隶属 度原则， 相对选择率最大者为最优方案 B W R ， 式中， 曰为各采矿方法的相对选择率 向量 ； W 为各 因素的权向量 ； R为模糊关系隶属度矩阵。 2 官店铁矿工程条件 矿区矿床属于泥盆 “ 宁乡式” 海相沉 积型赤铁 矿床， 主要的工业矿床为中部第三含矿层 ， 矿体呈层 状 ， 透镜状产出， 分布广。矿石类型主要为鲕状赤铁 矿 ， 属高磷低硫铁矿石。本次研究 对象是选取 凉水 井 一 8～一1 6线 1 3 7 2 m以上矿体 ， 为凉水井一大 庄矿区的西部矿体 的一部分。矿体走 向北东东一南 西西 ， 倾向北北西 ， 倾角 8 。 ～ 2 0 。 ， 平均 1 0 。～1 1 。 ， 厚 度较稳定， 平均 3 7 4 m。走 向 1 4 k m， 宽 4～ 6 k m， 面 积 6 0 k m 。顶板为页岩、 泥灰岩 ， 砂岩 ， 底板为石英 砂岩 ， 稳定性较好。 3 隶属度矩阵的确定 3 ． 1 采矿方法初选 根据官店铁矿工程开开采技术条件 ， 并参照国 内外类似矿山取得的成功实践经验 ， 从开采的安全 性 、 经济技术指标 、 开采效率以及环境保护等方面进 行对 比分析 ， 用 H a m m i n g 距离表示与其它几个方法 相似程度 ， H a m mi n g 距离越小 ， 越与本矿相似。通过 比较 ， 初步确定了 3种采矿方法 ， 即机械化盘区房柱 法、 壁式充填法、 液压护顶长壁法 。各采矿方法的开 采技术条件与经济指标见表 1 。 3 ． 2 确定采矿方法指标体系 依据鄂西铁矿矿体赋存条件与开采技术条件 ， 确定影响采矿方法选择的主要因素包括技术经济因 素和安全因素 2个方面， 前者包括工作面安全性 、 机 械化程度 、 通风条件 、 工艺繁简程度 ， 后者包括矿块 生产能力 、 贫化率、 损失率 、 采切比、 矿石生产成本 ， 共 9个指标 ， 见图 1 。 3 ． 3隶属度 的确定 定量指标 的隶属度 由隶属函数法确定 ， 根据定 量指标赋值计算原则 ， 矿块生产能力属于正指标 ， 贫 化率、 损失率 、 采切 比、 矿石生产成本属 于负指标。 采用线性 函数法确定隶属度 ， 经过处理后求 出 3种 采矿方法各指标隶属值 ， 从面得到模糊关系隶属度 矩阵 R 为 ．6 ． 表 1 3种采矿方法技术经济比较 最优采矿方案 ．‘- -⋯ 安 全 因 素 P l l l 技 术 经 济 因 素P 2 I _ _ 准 则 层 l 工 作 面 安 全 性 萎 R1 图 1 层次结构模 型 O． 8 7 0． 91 0 0 ． 0 7 0 0． 4 3 0 0 ．1 6 0 0 ． 0 6 1 0 ． 7 7 0 ．1 9 0 ． 0 4 0 ． 2 3 非定量指标根据表 2对其隶属度进行赋值⋯ ， 从而求得定性指标的隶属度矩阵 R 。 表 2 定性指标 9级标准赋值 徐文彬等 缓倾斜极薄铁矿体采矿方法选择研 究 2 0 1 1年第 4期 0． 55 0． 55 0． 7 5 0 ． 6 5 0． 5 5 0． 5 5 0． 7 5 0． 6 5 0 ． 8 5 0 ． 8 5 0 ． 5 5 0 ． 7 5 将定量和定性指标 的隶属度组合起来 ， 即可得 到模糊矩阵 ，0 8 7 0 91 0 0 0 0． 5 5 0 5 5 0． 55 0． 65，l R 1 0 0 7 0 0 4 3 0 ． 1 6 0 0 6 0 ． 5 5 0 ． 5 5 0 7 5 0 ． 6 5 I ． 1 0． 7 7 0 ．1 9 0． 04 0． 23 0． 8 5 0．8 5 0． 75 0． 75 4层次分析 法确 定权重 向量 依据采矿方法指标体 系建立层次结构模 型， 见 图 1 ， 利用层次分析法确定各 因素 的权 重。根据表 3 ， 采用二元对 比法对 同层次 的相关 因素进行 比较 ， 通过专家对指标进行重要度评价 ， 建立上一层次对 该层次的判断矩阵。构造 目标层对准则层各 因素的 判断矩阵见表 4， 准则层对指标层各 因素 的判断矩 阵见表 5和表 6 。 对 比较得到的判断矩阵 D， 解特征根 ， 即 D W A⋯ W ， 所得到的 w 经正规化后得到各因素的权重 向量 ， 经 证明 A m a x 与 w都是惟一的 。由于对矩阵 D很 难 求出精确 的特 征值 与特征 向量 W， 因而根 据文 献 [ 3 ] ， 采用方根法计算它们的近似值 ， 得到权重 向量 F d ， d ， ⋯， d ， 其 中 d 表 3 二 元对 比赋值 安 全因素 P 技 术经济因素 P 2 1 3 1 ／ 3 1 O ． 7 5 0 ． 2 5 注 O为 目标层 ， P 1 ， 尸 2为准则层 ， A 一， A 9为指标层 因素 。 表 5 P 。 一 A 的判断矩阵 最后对 向量 F作归一化处理 ， 得到相对权重向量 W W1 ， ， ⋯ ， ， 其 中 ／ d ／∑ ． 表 6 P 2 一 A 的判断矩阵 得到的判断矩阵仍存在个人 主观性 ， 为 了使判 断结果更好地与实际性况相一致 ， 还必进行一致性 检验 ， 即 C 充填法 房柱法 。模糊综合评判表明液压支护长壁 法是最佳的方案。 6结论 1 利用 Ha m mi n g距离法进 行 了采矿方法 初 选 ， 并在此基础上 ， 综合考虑开采的安全性 、 经济技 术指标 、 开采效率以及环境等因素， 建立 了影响采矿 方法选择的综合影响因素指标体系。 2 进行了多层次 因素分析 ， 建立 了层次分析 一 ” - “- 结构模型， 将各 因素的影响程度进行了量化 ， 得到了 各层次间的判断矩阵与各 因素的权重 向量 ； 各判断 矩阵全部通过一致性检验 ， 最后利用模糊综合评价 模型进行了最优方案决策。 3 以官店铁矿为工程背景， 通过模糊综合评 判结果表明液压支护长壁法是开采缓倾斜极薄铁矿 床的最佳方案。 4 运用模糊评判的方法从理论角度分析了运 用长壁法开采缓倾斜极薄铁矿的可行性 ， 下步将通 过室内实验、 数据计算 以及工业试验等多方面进行 研究 ， 为矿山开采提供理论与实际依据 ， 同时为类似 条件 的矿床开采提供借鉴价值。 参考文献 [ 1 ] 叶海旺 ， 常剑 ．基于模糊决 策和层 次分析法 的采矿方 法选 择 [ J ] ．武汉理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 8 1 4 5 1 5 3 ． [ 2 ] 李文秀 ． F u z z y理论在采 矿及岩 土工程 中的应用 [ M] ．北 京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 王新 民 ， 赵彬 ， 张钦礼 ． 基 于层次分析和模糊数 学的采矿方 法选择[ J ] ．中南大学学报 自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 9 5 8 7 5 8 8 0 ． [ 4] 史太禄 ， 任凤玉 ， 李文增 ， 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 ． [ 5 ] 解世俊 ．金属 矿床 地下 开采 [ M] ．北 京 冶金工 业 出版社 ， 2 0 o 6 ． [ 6 ] 许宝 田， 阎长虹 ， 许宏发 ， 等 ．基于模糊 理论 的软岩 弹性 模型 识别及参数反 分析[ J ] ．岩 石力学 与工程学 报， 2 0 0 6 ， 5 1 1 2 2 8 0 ． 2 2 8 6 ． [ 7 ] 赵延喜 ， 徐卫亚 ．基于 A H P和模糊综合评判的 T B M施工风险 评估[ J ] ．岩土力学 ， 2 0 0 9， 3 0 3 7 9 3 - 7 9 8 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 2 - 2 0 信 息 苑 马钢 加大 国内矿产 开发和非钢产业拓展 马钢股份董事长顾建 国3月 7日在两会期间接 有关部门应该对此进行协调 ， 比如降低国内矿 山开 受 第一财经 日报 记者专访时透露 ， 将加大国内矿 发的相关税费 ， 以加速 国内矿山的开发力度 ， 对国内 产资源的开发和非钢产业的拓展。 企业海外开矿进行协调 ， 以避免恶性竞争 ， 以及整顿 顾建国告诉记者 ， 目前制约国内钢铁企业盈利 国内矿石贸易市场， 实行代理费模式。 水平的最大 问题是 矿石等 原材料 。目前 ， 马钢有 由于 目前的钢铁产业利润率不高 ， 他表示 ， 马钢 7 5 ％左右的矿石需要依靠进 口， 矿价的上涨使企业 在做好现有钢铁主业 ， 加大高铁用钢等高附加值产 成本不断增加 ， 因此 ， 公司希望加快 自有后备矿产的 品的基础上 ， 还希望扩大钢材深加工 、 装备制造等非 开发 ， 自有矿产的比例尽快上升到 3 0 ％ ， 同时， 公 司 钢产业的拓展。 也在关注海外矿产资源 的收购， 不过 目前很多项 目 顾建 国对记者透露 ， 公 司希望在 “ 十二五” 期 间 已经要价过高。 将非钢产业的收入 占比从 目前 的 1 0 ％左右提高的 对于铁矿石价格 的不断上涨， 顾建 国建议 国家 1 5 ％。 矿业 1 1 4网 8