高海拔地区急倾斜薄矿体采矿方法优选.pdf

S e r i e s No ． 4 4 0 F e b r u a r y 2 0 1 3 金 瘸 矽 山 METAL MI NE 总 第 4 4 0 期 2 0 1 3 年第 2期 高海拔地 区急倾斜 薄矿体采矿方 法优 选 曹 帅 宋卫东 朱先洪 戚 伟 1 ．北京科技大学土木与环境工程学院 ； 2 ．青海 山金矿业有限公 司 摘 要针对高寒高海拔地区急倾斜薄矿体特殊的开采技术条件， 基于几种常规开采急倾斜薄矿体的采矿方 法 ， 综合考虑影响采矿方法优选的 1 1个因素指标， 运用模糊数学层次分析法计算出相应采矿方法的权重矩阵， 同 时利用线性函数法及二元对比排序法确定各指标隶属度矩阵， 建立综合评价指标模型。得出中深孔嗣后废石充填 机械化采矿法最优 ， 进而解决了青海高原矿山人工劳动强度大的难题。 关键词 高海拔急倾 斜薄矿体采矿方法层 次分析 法综合评判指标模型 M i n i n g M e t ho d Op t i mi z at i o n o f S ha r p l y i nc l i ne d Thi n Or e - bo d y i n Al p i ne Hi g h Al tit ud e Ar e a C a o S h u a i S o n g We i d o n g Z h u X i a n h o n g 。 Q i We i 1 ． S c h o o l o f C i v i l a n d E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g， U n i v e r s i t y of S 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 ． Q i n g h a i S h a n j i n Mi n i n g C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e s p e c i a l mi n i n g c o n d i t i o n s o f s h a r p l y -- i n c l i n e d a n d t h i n o r e --b o d y i n t h e a l p i n e h i g h a l t i t u d e a r e a，b a s e d o n s e v e r a l c o nv e nt i o na l mi n i ng me t h o ds f o r s h a rpl y i nc l i n e d a nd t hi n o r e b o d y，a nd t a ki ng t h e l 1 f a c t o r i nd i ca t o r s t ha t i mp a c t mi ni n g me t h o d i nt o c o n s i d e r a t i o n，t h e we i g h t ma t r i x o f c o r r e s po n d i n g mi n i n g me t ho d i s c a l c u l a t e d o ut wi t h t h e us e o f a na l y t i c h i e r a r c h y pr o c e s s ．Me a n wh i l e t he l i ne a r f u nc t i o ns a n d t h e b i n a ry c o mp a r i s o n s o r t i n g me t h o d a r e a d o p t e d t o d e t e r mi n e t h e i n d e x me mb e r s hi p ma t r i x，b u i l di n g a c o mpr e he n s i v e e v a l u a t i o n i nd e x mo d e 1 ． I t i s c o nc l u de d t ha t me di u m h o l e m e c h a n i z e d m i n i n g me t h o d w i t h s u b s e q u e n t w a s t e r o c k fi l l i n g i s s u p e r i o r ， a n d t h e h e a v y l a b o r p r o b l e m i n Q i n g h a i P l a t e a u i s s o l v e d a s we l 1 ． Ke ywo r ds Al p i n e hi g h alt i t u de，S ha rpl y i n c l i n e d t h i n o r e b o d y，Mi ni n g me t h o d，Ana l y t i c hi e r a r c h y p r o c e s s，Co m pr e h e n s i v e e v a l ua t i o n i n de x mo d e l 利用模糊数学优选采矿方法在过去的许多矿山 生产 中应用较多 ， 矿山采矿方法的选择涉及到诸 多 定量指标和定性指标。对于地质条件比较复杂的矿 山 ， 在选择采矿方法时 ， 影响采矿方法的因素具有不 确定性 ， 故采矿方法选择具有极大的模糊性 J 。高 原地区环境恶劣 ， 采矿人工劳动强度大 ， 物资运输困 难 ， 因此优选 出合适的采矿方法对高原地区矿 山的 发展就显得尤为重要。 1 开采技术条件 青海果洛龙洼矿区属布尔汉布达山系 ， 山脉走 向近东西 ， 海拔标高一般为3 6 0 0～ 4 6 1 2 1 T I ， 矿带走 向近东西 ， 倾 向南 ， 倾角陡、 缓变化大 ， 一般在 4 5 。～ 7 5 。 之 问， 主矿体一般在 5 5 。 ～ 7 5 。 之 间。矿带出露范 围东西长约 3 ． 0 k m， 南北宽约 1 ． 0 k m， 目前于 6条 金矿带 内圈出大小金矿体 5 2条。矿体形态简单 ， 呈 脉状 、 透镜状 、 囊状 、 串珠状 ， 在走 向及倾向上具分枝 ． 1 4 ． 复合 、 尖灭再现 、 膨大收缩现象。矿体真厚度 0 ． 9 3 1 ～ 3 ． 3 6 1 m， 平均厚度 1 ． 5 m； 金 品位一般在 1 ． 3 0～ 1 3 ． 6 0 8 t ， 单样最高 1 1 0 t ； 矿石及围岩中等稳 固 以上 ， 水文地质较为简单。 2 采矿方法初选 影响采矿方法选择的主要因素包括矿床地质条 件和开采技术经济条件。国内开采急倾斜薄矿体常 用的方法有浅孔留矿法 、 上向分层充填法 、 中深孑 L 留 矿法。浅孔留矿法虽然工艺简单 ， 但作业安全性差 、 采切工程量大 。上向分层充填法安全性好 ， 矿石 贫化损失较小 ， 但采矿成本较高 ， 回采及充填工艺复 杂， 采矿作业受充填体时间和强度影响大。中深孑 L 留矿法生产效率高 ， 工艺简单 ， 采矿成本较低 ， 却贫 曹帅 1 9 8 8 一 ， 男 ， 硕 士研究 生 ， 1 0 0 0 8 3北 京市海 淀 区学 院路 3 号 。 曹 帅等 高海拔地区急倾斜薄矿体采矿方法优选 2 0 1 3年第 2期 化率较大、 机械化投入大、 技术及管理要求高； 在国 内尚未采用中深孑 L 嗣后废石充填机械化采矿法开采 类似赋存条件的矿体 ， 但在澳大利亚类 似的采矿方 法应用较为成熟 ， 主要用于安全高效回采。 2 ． 1 建立可行方案集及待选方案集 根据矿山的开采技术条件 ， 以上述 4种采矿方 法为待选方案集 。在方案集 中， 矿岩稳 固性是定性 指标 ， 需要定量化。将稳定性分为极稳 固、 稳 固、 较 稳固、 不稳固和极不稳固 5个级别 ， 在录人数据时分 别用“ 1 ” 、 “ 0 ． 8 ” 、 “ 0 ． 5 ” 、 “ 0 ． 2 ” 和“ 0 ” 代替 。经过 以上处理的初选方案可行集见表 1 所示 。 表 1 初选开采方案集 2 ． 2 可选采矿方法等价矩阵计算 以初选开采方案集为基础 ， 应用最大最小法公 式 A ∑ 八 1 ∑ V 1 求得模糊相似矩阵 式 中符号 八和 V分别表示 2 个元素取小和取大 进而求得可选采矿方法等价矩 阵元素见表 2 。 表 2 初选 采矿方法等价矩阵元素 由模糊等价矩阵的A截矩阵可知， 当A 1 时， i 与 应为同类 ， 否则为异类 。 当A 5 ／ 6时 ， u 、 u s 、 u 为一类 ， 其 中u 为 中深孔嗣后废石充填机械化采 矿法 ， 其他 2种分别为上 向分层充填法和 中深孔 留 矿法。初选采矿方法经济技术指标见表 3 。 表 3 初 选采矿方案经济技术指标 3 采矿方法模糊综合评判法优选 3 ． 1 模糊权重的确定 采用模糊综合评判法优选采矿方案 ， 首先要求 得各指标模糊权重值 。采矿方法选择除了适应矿床 地质赋存条件确保生产安全 以外 ， 应尽可能提高经 济效益和社会效益。因此选择采矿方法必须考虑很 多指标和因素 ， 而这些指标和 因素的影 响程度有大 有小。为了能准确表现 出其影 响程度 ， 必须为其加 权 。在此考虑的因素有以下 2类 定 量指标有生产 能力 E、 采矿成本 4、 采切 比 B、 损失率 C和贫 化率 D； 定 性指标有采矿工效 F、 安全程度 G、 通风 条件 、熟悉程度 ， 、 劳动强度 t， 和适应程度 K。 1 模糊判断指标层次法确定 。权重合理与否 对选择结果有很大影响 。为了使权重更为合理 ， 本 次研究采用层 次分析法确定权 重。层次结构 见表 4 表 4 权 重指标 层次结构 从表 4可知 ， 在本次采矿方法优选 中将上文中 所选取的 1 1个指标归为经济 因素、 资源利用率 、 劳 动生产率、 安全因素及合理程度 5大类 ， 分别用符号 P 、 P 2 、 P ， 、 P 4 和 尸 5 表示 ， 即构成指标权重矩阵 总 第 4 4 0期 金 底 醇 2 0 1 3年 第 2期 P P 1 ， P 2 ， P 3 ， P 4 ， P 5 ． 2 模糊权重矩阵的确定。通过以上各指标模 糊矩阵的确定 ， 即可求得其权重矩阵。首先分别求 得一层 、 二层指标的权重矩阵 ， 在此基础上最后得到 所需采矿方法优选模糊矩 阵， 权重计算结果如表 5 和表 6所示。 表 5一层指标权重计算结果 表 6 二层指标 权重计算 结果 3 一致性检验。为使判断结果更好地与实际 状况相吻合 ， 需进行一致性检验。经验证一致性检 验指标 0 ． 0 0 8 1 2 5中深孔 留 矿法 上向分层充填法 ， 最终确定方案 I为最优方 案 ， 即中深孔嗣后废石充填机械化采矿法为最优采 矿 方法 上接第 9页 [ 3] 汪勇 ．采空 区上方安 全顶柱 厚度 的确定 防范 [ J ] ．矿业 快 报 ， 2 0 0 2 1 1 7 - 1 8 ． [ 4 ] 邹平 ， 李爱兵 ， 刘 正宇 ， 等 ．某 石灰 石矿 隔离矿柱 厚度 的确 定 [ J ] ．有色金属 矿 山部分 ， 2 0 1 1 2 6 5 - 6 6 ． [ 5 ] 钱鸣高 ．矿 山压 力及 其控 制 [ M] ．北 京 ； 煤 炭工 业 出版 社 ， 1 9 9 2 ． [ 6 ] 古德生 ．地 下金 属 矿采 矿 科 学技 术 的发 展趋 势 [ J ] ．黄 金 2 0 0 4 1 1 8 2 2 ． [ 7] 刘同友 ．国际采矿技术发展 的趋 势 [ J ] ．中国矿 山工程 ， 2 0 0 5 4 结论 1 以青海果洛龙洼矿 区为工程背景 ， 采用模 糊层次分析法从 经济 因素 、 资源利用率 、 劳动生产 率 、 安全因素及合理程度 5大类构建 了较为全面的 评判指标 ， 计算 了各指标 的权重及相对隶属度值 ， 最 终得出中深孔嗣后废石充填机械化采矿法为最优采 矿方法 。 2 中深孔嗣后废石充填机械化采矿法较其他 3种采矿方法而言 ， 能更好地适应高原地区矿山的 发展 ， 既能够提高矿山生产能力 ， 又可以解决工人劳 动强度大的难题 ； 然而应该认识 到这种采矿方法造 成的矿石贫化相对较大， 在今后的生产中， 需进一步 优化设计 。 3 模糊隶属度在定性指标 的确定过程 中虽然 具有一定 的科学性 ， 但 目前 尚未完全解决 符合实 际 的隶属函数 ， 有待进一步完善。 4 针对高海拔地区特殊 的地理环境 ， 未来该 采矿方法的推广使用 ， 能为高原矿山快速发展提供 有力的技术支持 ， 具有重要的应用前景。 参考文献 淡 永富． 模糊数 学在金 矿采 矿方法选 择 中的应 用 [ J ] ． 有 色金 属设计 ， 2 0 0 3 ， 3 0 2 1 1 1 6 ． 唐 秀伟 ， 吴子钧 ， 黎永杰． 广西 下雷锰矿 区碳 酸锰采 矿方法 实 践及探索 [ J ] ． 中国锰业 ， 2 0 0 8 ， 2 6 2 4 4 - 4 7 ． 潭玉 叶， 宋卫东 ， 雷远坤 ， 等． 基于模糊聚类及 层次分析法 的采 矿方法综合评判优 选 [ J ] ． 北 京科 技大学 学报 ， 2 0 1 2， 3 4 5 4 8 9_ 4 9 4 ． 谢季坚 ， 刘承平． 模糊数学方法及 其应用 [ M] ． 3版 ．武汉 华 中科技大学出版社 ， 2 0 0 6 ． 韩峰 ， 盛建龙． 模 糊数学在采矿方法选择 中的应用 [ J ] ． 有色 金属 ， 2 0 1 1 ， 6 3 5 7 5 8 ． 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 ， 2 0 0 8 ， 3 9 5 8 7 5 - 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