缓倾斜厚大矿体采矿方法优化.pdf

S e r i a l N o ． 5 5 2 A p r i l ． 2 01 5 现代矿业 M0D ERN MI NI NG 总 第 5 5 2 期 2 0 1 5 年4月第4期 缓倾斜厚大矿体采矿方法优化 曾凌方 长沙有 色冶金设计研 究院有限公 司 摘要某矿体形态复杂、 开采难度大， 初选 3种基本 的采矿方法， 进行综合经济指标分析对 比， 同时建立影响采矿 方法选择 因素的隶属度关 系结构模型 ， 运用粗糙模糊集理论对采矿 方法进行 优选， 得 出最优、 可行的采矿方法为分段 空场嗣后充填法。应 用证 明粗糙模糊集理论在采矿方法的 优选中是切实可行的， 对解决类似工程问题具有一定的实际意义。 关键词采矿方法粗糙模糊集理论隶属度模糊决策 Opt i m i z a t i o n o f t he M i n i ng M e t h od o f S l o wl y I nc l i ne d La r g e a nd Thi c k Or e bo dy Ze n g Li n g f a n g C h a n g s h a E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e L t d ． o f N o n f e r r o u s Me t a l l u r g y Ab s t r a c t T h e f o r m o f a o r e b o d y i s c o mp l e x a n d t h e o r e b o d y mi n i n g i s d i f fi c u l t ．T h r e e b a s i c mi n i n g me t h o d s a r e s e l e c t e d p r e l i mi na r i l y t o c o nd u c t a naly s i s a n d c o mpa r i s o n o f c o mp r e h e n s i v e e c o n o mi c i n d i c a - t o r s，a n d t h e me mbe r s h i p r e l a t i o n s h i p s t r u c t ur e mo d e l t h a t i n flu e n c e t he s e l e c t i o n f a c t o r s o f mi n i n g me t h o d i s e s t a b l i s h e d．S o t h e o p t i ma l a n d f e a s i bl e mi n i n g me t h o d i s s u b l e v e l o p e n s t o p i n g a f t e r wa r d s fil l i n g me t h o d wh i c h i s s e l e c t e d ba s e d o n r o u g h f u z z y s e t t h e o r y ．Th e a p p l i c a t i o n r e s u l t s s ho w t ha t ，t h e o p t i mi z a - t i o n s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d b a s e d o n r o u g h f u z z y s e t t h e o r y i s f e a s i bl e，a n d i t c a n p r o v i d e s o me r e f e r - e n c e for d e ali n g wi t h t h e s i mi l a r e n g i n e e r i n g p r o b l e ms ． ． Ke y wo r ds Mi n i n g me t h o d，Ro u g h f u z z y s e t t he o r y，De g r e e o f me mb e r s h i p，F uz z y d e c i s i o n 正确的采矿方法有利于提高矿石的回采率、 降 低贫化率 、 减少掘进工程量 、 提高生产效率 、 降低材 料消耗量 ， 从而提高企业 的经济效益 。因此 ， 采矿方 法的优选在矿山企业生产过程中起着至关重要的作 用 。矿体赋存条件错综复杂 ， 采矿方法选择过程 中 影响因素非常广泛和模糊。传统 的采矿方法选择是 根据主要经济技术指标对 比分析得到最佳方 案 ， 但 难以从环境 、 安全、 社会等因素进行全面的评价。 目 前 ， 采矿方法优选 向数值化、 定量化发展 ， 其 中模糊 数学的综合评价方法应用较为广泛， 在收集大量类 似矿山样本的条件下 ， 合理地确定隶属度和权值 ， 将 各个影响因素综合考虑在 系统 中， 既能达到 明显 的 比较效果 ， 又符合人类的思维模式⋯。 1 原 采矿方法及存在 问题 某矿为国内大型有色金属矿山， 主要开采对象 曾凌方 1 9 8 l 一 ， 男， 工程师， 硕士， 4 1 0 0 1 1湖南省长沙市芙蓉 区解放 中路 1 9 9号 。 为急倾斜细脉带矿体和缓倾斜 9 l 、 9 2 矿体， 至今已 开采 3 O余 a 。随着采矿技术 的进 步和生产能力 的 提高 ， 应用的采矿方法随之变化 。目前矿 山采用组 合式崩落法开采 ， 存 在主要 问题是 回收率低和贫化 率高。分析主要原因为崩落法采用阶段大爆破， 爆 破效果不佳 ， 导致矿石飞溅， 同时每次崩落跨度为 5 0余 m， 爆破后 的采空区面积达 4 0 0 0 m 以上 ， 导 致空区在短 时 间内 冒落 ， 矿石 回收率 仅为 2 0 ％ ～ 3 0 ％ ， 损失率 高达 7 0 ％ 一 8 0 ％ ； 西南盘区矿体为多 层矿 ， 形态变化大 ， 且包含夹石和表外矿 ， 采用崩落 法不能有效剔除夹石 和表外矿 ， 致使 出矿品位仅为 S n 0 ． 2 ％左右 ； 生产任务重 ， 常常选择矿石品位高和 厚度大的地段生产 ， 导致无序 开采 的局面较 严重。 随着 9 2 矿体转入深部开采， 上部存在大量采空区 及大范围冒落区， 地压控制问题必然更加突出， 如何 选取适 当的采矿方法和采场结构参数 ， 有效 降低采 矿损失率和贫化率 ， 提高出矿 品位 ， 安全高效采矿 ， 是 目前矿山面临的重要问题。 1 7 总第 5 5 2期 现代矿业 2 0 1 5年 4月第4期 2 开采技术条件 该矿 9 2 矿体走向西南， 倾向西北， 向北东方向 侧伏， 呈南高北低、 西高东低展布。目 前在4 0 5 m以 下北段部分的资源总量为 9 8 1 ． 8 2万 t ， 储量级别为 1 2 2 b ， 矿体东西走向长 6 8 0 m， 南北倾 向长 8 3 0 m， 倾 角为 1 5 。 一 2 5 。 ， 矿体最小厚度为 1 m， 最大厚度为 7 1 m， 平均厚 l 4 ． 7 m， 平均地质品位为 S n 0 ． 7 4 ％， 矿体中含有部分夹石和表外矿。根据矿区提供地质 剖面图对矿体的产状进行统计分析， 结果见表 1 。 结果表明， 9 2 矿体属于缓倾斜中厚及厚大矿体。本 文采矿方法的研究只针对 9 2 矿体 4 0 5 m 以下北段 部分的缓倾斜厚大矿体 。 表 1 矿体形态统计结果 3 采矿方法选择 3 ． 1 采矿方法初选 根据矿 山开采技术条件及矿山建设现状与装备 水平， 同时参考国内外 同类矿体开采经验， 可用于 9 2 4 0 5 m以下北段矿体的采矿方法有分段空场嗣 后充填采矿法、 分段充填采矿法、 房柱嗣后充填采矿 法 、 阶段大直径深孔落矿嗣后充填采矿法、 上向水平 分层充填采矿法 。 对于矿区厚大矿体 ， 为有效控制贫化和损失 ， 提 高出矿品位， 尽量回收资源， 选择采矿方法时主要考 虑采矿方法对夹石是否具 有筛选 、 剔 除能力。通过 综合分析 ， 可供选择 的采矿方法有分段空场嗣后充 填采矿法、 低分段充填采矿法 和上 向水平分层充填 采矿法 。 1 分段空场嗣后充填采矿法 方法 I 。沿矿 体倾向方向划分矿房、 矿柱， 采场长轴方向为矿体走 向， 采用分段凿岩 ， 阶段 出矿 ， 嗣后充填。因研究区 域地压环境复杂， 上部存在未充填采空区及垮落区， 且为保护上部已有巷道工程， 将盘区矿柱南北向布 置 ， 采场设计宽 1 4 m， 长 8 0～1 0 0 m。 】 8 2 低分段充填采矿法 方法 Ⅱ 。 - 沿矿体倾向 划分矿房、 矿柱， 采场长轴方向为矿体走向， 不设底 部出矿结构， 根据矿体垂直厚度， 采用单分段或分两 段 回采 ， 分段充填。矿房及矿柱宽度均为 1 4 i n ， 长 8 01 0 0 m， 最大分层空顶高度为 8～ 8 ． 5 m。 3 上向水平分层充填采矿法 方法 Ⅲ 。该法 与低分段充填法一样 ， 既可用于中厚矿体的开采 ， 也 可用于厚大矿体开采。根据矿体厚度划分矿块 ， 从 下往上逐层 回采、 充填 ， 崩落矿石采用铲运机铲装 ， 卸人采场溜井。中段高 5 0 m， 分段高 1 0 m， 分层高 3 ～ 4 m。当矿体厚度大于 1 5 m时， 垂直矿体走向划 分采场 ， 采场宽 1 4 m， 长度为矿体厚度 ； 当矿体水平 厚度较大时 ， 实行分区回采。 3 ． 2 经济效益对比分析 根据采矿方法的初选结果， 综合分析比较各采矿 方法的技术可靠性 、 开采安全性和经济效益评估 ， 以 确定最优采矿方法。3种采矿方法技术经济 比较结 果见表 2 。可知， 分段空场嗣后充填采矿法为最优。 3 ． 3 最优方案的确定 3 ． 3 ． 1 重要度计算 为满足粗糙集建模方法 的假设条件 ， 即建模数 据要覆盖系统输入空间 ， 必须保证足够 的数据 量和 数据的有效性 。将 金岭铁矿候庄矿 区的充填采矿 法、 铜 山铜矿前山矿体的分段崩落法、 I s c a y c r u z 矿的 碎石胶结充填法及别列佐夫卡金矿的房柱法等国内 外 2 1个典型矿山正在使用 的采矿方法进行贫化率 、 损失率、 生产效率、 安全性 、 环保、 成本 6个指标分析 和综合比较， 得出影响采矿方法选择的各因素重要 度分另 0 为 R 。 ， ， R ， 。 ， h ， R 0 ． 1 0 2 1 ， 0 ． 1 3 5 1 ， 0 ． 1 6 2 2， 0 ． 3 1 6 2 ， 0 ． 1 1 8 2 ， 0 ． 1 6 6 2 T o 3 ． 3 ． 2 隶属度计算 将初选和技术经济 比较后的采矿方法进行粗糙 模糊理论优选 ， 其评价的指标有贫化率、 损失率、 生 产效率、 安全性、 环保、 成本。由于回采方法各指标 的单位不同， 为具有可 比性 ， 首先对其进行无量纲化 处理 ， 将各指标值用[ 0 ， 1 ] 区间中的数值表示 ， 这个 数值称为评价因素的隶属度 J ， 采用线性函数法 和 二元对 比排序法确定隶属函数 。 1 线性函数法是对模糊概念的一种定量描述 方法 ， 计算公式如下 一立 ⋯ 一 式中， A 为 i 种采矿方法．『 指标的隶属度 为i 种采 矿方法 指标值E m 为各采矿方法 指标的最大值。 曾凌方 缓倾斜厚大矿体采矿方法优化 2 0 1 5年 4月第4期 基建采切可 比采矿 方法工程投资直接成本 主要优点 ／ 万元 ／ 元／ t 主要缺点 比排序法确定其隶属 函数， 即是给任意一对因素 r 0 ． 7 5 0 ． 8 7 1 ． 0 0 1 ． 0 0 1 ． 0 0 1 ． o o q ， M ， 若M 具有某种特性的程度为 f ， 那么 A1 0 ． 9 3 0 ． 9 5 0 ． 6 7 1 ． 0 0 1 ． 0 0 0 ． 8 7 I 具有这种特性的程度为 M f 。 1 ． 0 0 1 ． 0 0 0 ． 6 1 1 ． 0 0 1 ． 0 0 0 ． 8 4 东 ． 经同趋势归一化后得各采矿方法相应指标 的隶 属度 ， 结果见表 3 。 表 3采矿 方法各指标隶属度 3 ． 3 ． 3 综合评价 综合评价是在考虑多种因素的影响下对某事物 作出的综合决策。对于综合评判问题的数学描述为 B AR． 3 经计算可得各采矿方法的综合评价 向量 ， 结果 见 表 4 。 由表 4可知 ， 对于厚度大于 1 5 m， 含夹石 、 表外 矿少的矿体的采矿方法评价向量 B 0 ． 9 5 7 1 ， 0 ． 9 1 1 2， 0 ． 9 1 0 1 ， 即各方法优先顺序为分段空场 表 4 采矿方法评价 向量 嗣后充填采矿法、 低分段充填采矿法 、 上向水平分层 充填采矿法 。 4结语 依据 9 2 矿体 的开采技 术条件 、 生产现状及 国 内外类似矿 山的开采经验 ， 对可用于 9 2 矿体采矿 方法进行分析和技术经济指标比较， 同时运用粗糙 模糊集理论对各采矿方法进行 了综合评判。无论从 经济效益 比较 ， 还是运用粗糙模糊集理论方法进行 优选， 所得结果均一致， 即针对厚度大于 1 5 m， 含夹 石 、 表外矿少的缓倾斜厚大矿体 ， 最适合的采矿方法 为分段空场嗣后充填采矿法。粗糙模糊集理论对采 矿 方法优选是科学的、 可行的， 具有 下转第3 O 页 】 9 总第5 5 2期 现代矿业 2 0 1 5年 4月第4期 3 测得的爆破图像是 由爆破过程 中的多幅 图 片叠加得到的 ， 该图片可以定位到任意时刻 ， 查看不 同时刻的爆破效果 。 5 结语 1 在爆破测震过程 中， 传感器的固定 、 外界震 源的干扰 、 传播介质 土层、 岩石 、 裂 隙、 断层等增加 了岩体的阻尼比 对地震波的传播影响很大。 2 爆破振动监测数据分析表明， 在距爆心同 一 距离的不同位置 ， 地震波的波形差别很大 ， 应充分 考虑地质条件 、 外界因素的影响 ， 必要时应将波速的 合成量作为衡量被保护对象的标准， 且充分考虑时 间累积的影 响。 3 高速摄影仪很好地记录瞬时爆破过程， 通 过对 图片进行处理 ， 可以得 出诸如爆堆形态、 飞石瞬 时速度等物理量 ， 能直观有效地提供爆破效果依据。 参考文献 [ 1 ] 王晓帆． 复 杂条件下 多种控制爆破技 术的综合应 用[ J ] ． 爆破 ， 2 0 1 4， 3 1 2 1 5 0 1 5 1 ． [ 2] 刘殿 书．中 国爆 破 新技 术 Ⅱ[ M] ． 北 京 台金 工业 出版社 ， 2 0 0 8． [ 3 ] 张宝才， 法 立滕 ， 马宁 ， 等． 大孤 山铁矿边坡爆破 损伤分 区研 究[ J ] ． 中国安全生产科学技术， 2 0 1 2 ， 8 6 5 3 - 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