前常铜铁矿采矿方法优化选择.pdf

第3 4卷第 1期 2 0 1 2年 2月 甘肃冶金 GANS U ME TALL URGY V0 1 ． 3 4 No ． 1 F e b ．， 2 0 1 2 文章编号 1 6 7 2 4 4 6 1 2 0 1 2 0 1 - 0 0 4 8 --0 4 前 常铜铁矿采矿方法优化选择 张建沛 西北矿冶研究院， 甘肃白银7 3 0 9 0 0 摘要 根据前常铜铁矿开采技术条件， 运用传统的选择手段， 对适用于该条件的采矿方法进行初选， 然后应用模 糊理论对初选的采矿方法进行了优选， 实践证明， 模糊理论可以运用于采矿方法的选择， 并且将使选择的采矿方法 更科学 、 准确。 关键词 地下开采； 采矿方法； 模糊数学； 优选 中图分类号 T D 8 5 2 文献标识码 A Op 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 i n Qi a n c h a n g C o p p e r - i r o n Mi n e Z HANG J i a n - p e i N o h w e s t I n s t i t u t e o f Mi n i n gMe t a l l u r g y ，B a i y i n 7 3 0 9 0 0， C h i n a A b s t a c t B a s e d o n t h e Q i a n e h a n g c o p p e r i r o n mi n i n g c o n d i t i o n s a n d a p p l i c a t i o n o f t r a d i ti o n a l s e l e c t i o n m e a n s ， t h e m i n i n g me t h o d s a p p c a b l e t o c o n d i t i o n s a r e p r e l i mi n a r i l y s e l e c t e d ，a n d t h e n t h e f u z z y t h e o r y o f p ri ma r y mi mn g me t h o d s a r e a p p l y f o r o p t i mi z a t i o n ． I t p r o v e d t h a t f u z z y t h e o ry c a n b e a p p l i e d t o mi n i n g me t h o d s e l e c t i o n，a n d t h e c h o i c e o f mi n i n g me t h od wi U b e mo re s c i e n t i fi c a n d a c c u r a t e ． Ke y W o r d su n d e r g r o u n d mi mn g ；mi n i n g a l t e r n a t i v e s ；f u z z y ma t h； o p t i mi z a t i o n 1 引言 2 基本概况 传统的采矿方法选择， 主要是根据类似条件矿 山的实践经验 ， 采用类 比法进行采矿方法方案选择 和 比较。在一般情况下 ， 在初选几个方案之后 ， 经过 第二步技术经济分析， 便可选出适合的采矿方法。 只有 当经过技术经济分析之后 ， 仍然难分优劣的 2 ～ 3 个采矿方法中， 才进行第三步的技术经济比较， 最后选出最优采矿方法 。但当矿体开采技术条件较 复杂时， 可供选择的采矿方法在技术经济比较上不 明显， 传统选择方法就不可避免地带有主观性， 无法 确定出最优的采矿方法 ， 从而造成大量的人力、 物力 和财力的浪费。 由于矿床开采技术的复杂性， 以及传统方法的 局限性， 要使选择的采矿方法最优是极其困难的。 而采用模糊数学 的原理， 将采矿过程 中的各种因素 转化为数学方式 ， 根据采矿方法中的技术经济指标 ， 进行模糊综合评判， 量化分析各个因素进行模糊综 合评判 ， 进而选择出安全、 经济、 适用的采矿方法， 下 面就前常铜铁矿的采矿方法选择进行示范。 2 ． 1工程概 况 安徽太平矿业有限公 司前常铜铁矿 ， 已开采多 年 ， 2 0 0 7年该公司通过资产重组 ， 由中国黄金集 团 公司和南京明达矿业有限公司共同投资开发， 并拟 扩建至 3 0 0 0 t ／ d规模 。 前常铜铁矿目前采用主、 副竖井和盲斜井联合 开拓， 现有系统可开拓 一1 2 0 i n 、 一1 5 0 in、 一1 8 0 m、 一 2 2 0 in、 一 2 4 0 in、 一 2 7 0 1T I 、 一 3 0 0 i n 、 一 3 6 0 in／ 个 中段。主井和副井的最低服务中段为 一 2 4 0 in中 段 ， 一 2 4 0 In中段 以下 采用盲斜 井开拓。矿 山现 已 建成 一1 5 0 m、 一1 8 0 in、 一2 4 0 in 中段 以及 一2 4 0 i n 中段到 一 3 6 0 中段的斜井。中段运输主要采用2 t 电 瓶车牵7 1 0 ． 5 in 翻转式矿车。主要采矿方法为浅孔 房柱法电耙和装载机联合出矿。 矿 山目前的采矿方法已无法满足扩建后生产能 力要求， 必须根据矿山实际情况， 确定经济合理的高 效采矿方法。 2 ． 2 开采技术条件 眦 E - - 。 蛆 G 。 S L Y J L [ 6 2 6 ． C O m 第 1期 张建沛 前常铜铁矿采矿方法优化选择 4 9 矿 区地处淮北沉积平原 ， 海拔 3 0 m左右。地表 均为 良田， 土地肥沃 ， 地表以下为厚达 7 9一l 1 8 m的 第 四系沉积层。第 四系上部 和下部含水层 组 含 水砂层较厚且稳定， 富水性中等 一 强。 矿床 以裂隙含水层充水为主， 是水文地质条件 中等的矿床， 水文地质类型属二类二型。 矿体的形态 主要 呈透镜状。矿 体产状 总体上 看 ， 主轴方 向为北西 ， 南东向 自6 O线向 1 0 0线转 向 正南 。矿体为缓倾斜及倾斜矿体 ， 倾角变化较大， 西部矿体倾角一般为 5 。一 2 5 。 ， 东部矿体倾角为 2 5 。 一 4 5 。 ， 一般为 3 0 。～ 3 5 。 。矿体厚度为中厚 一 厚大矿 体 ， 厚度变化为不稳定型 一 极不稳定型。 矿体较为稳固， 矿体顶底板受矽卡岩的影响， 稳 固性较差， 矽卡岩暴露后， 遇水易崩、 碎化、 膨胀， 在 无淋水的条件下 ， 矽卡岩吸收空气 中的水分 ， 也不断 崩解 、 膨胀 ， 完全失去强度 ， 岩体稳 固性极差。 2 ． 3 采矿方法初选 矿区地表为农 田和村镇 ， 不允许冒落 ， 结合前常 铜铁矿的开采技术 条件 ， 初 步确定 了适用于该矿 的 四种开采技术方案 两步骤深孔 回采嗣后充填采矿 法 第 l 方案 、 两步骤分段中深孔回采嗣后充填采 矿法 第2方案 、 中深孑 L 连续回采嗣后充填采矿法 第 3 方案 、 分条中深孑 L 或浅孑 L 连续回采充填采 矿法 第 4方案 。 3 模糊综合评判 3 ． 1 模糊综合评判的概念 受多种因素制约的事物或对象作 出一个总的评 价 ， 就要进行综合评 判。模糊综合评判就是 以模糊 数学为基础 ， 将以这些边界不清、 不易定量 的因素定 量化 ， 从多个 因素对被评价事物隶属等级状况进行 综合性评价的一种方法。 由于在很 多问题上 ， 我们对事物的评价常常带 有模糊性 ， 因此 ， 应用模糊数学的方法进行综合评判 会取得更好的实际效果。 3 ． 2 模糊综合评判的方法 1 建立评判对象的因素集。 U{ U l ， U 2 ， ⋯， U } 因素集 u在 不 同的场合也称为参数指标或质 量指标集， 代表被评价对象的f1 种评价指标。 2 建立评判集。 V{ V 1 ， V 2 ， ⋯， V } 评判集 V指 n 种评判等级。 3 确定因素集中各因素的权重。 假设评判集 V { v ， v ， ⋯， v } ， u i 上的权重分 面 配为A i { a i。 ， a ， ⋯， a i } ， 要求 ∑口 1 ， U i 的单 因素评判矩阵为 r ； ， 于是得 出第 i 个因素 U； 的单 因 素评判集。 r i r i l ， ， ⋯ ， r i 4 构造评判矩阵。 由单因素评判集构造出一个总的评价矩阵 R 。 即每一个被评价对象确定 了从 u到 V 的模糊关 系 R ， 它是一个矩阵， 称它为单因素评判矩阵。 R r i i ； 一 般将其归一化使之满足 ∑r ， 1 ， 这样R 矩阵本身就是没有量纲的， 不需做专门的处理。 5 进行综合评判。 R中不同的行反映了某个被评价事物从不 同的 单因素来看对各模糊子集的所属程度。用模糊权 向 量 A将不同的行进行综合， 就可以得到该被评事物 从总体上来看对各模糊子集 的所属程度。 同时， 对 V引入一个模糊子集 B， 称模糊评价集 又称决策集 ， 利用合成算子求解评价集 B 。 BAR{ b 1 ， b 2 ， ⋯， b } 最终确定， 综合评价 B值， 按最大属于原则， 判 定最优方案。 4采矿方法优化选择 如前所述 ， 对初步确定的 4种采矿方案进行优 选 。采矿方法隶属度矩阵按采矿方法选择原则 ， 选 择 6个定量指标 ， 4个定性指标进行优选 。 选择的定量指标为各方案 的矿块生产能力、 采 矿工效、 采切比、 损失率、 贫化率及采充成本 6 个， 非 定量指标为开采安全程度、 工艺简单程度、 对矿体适 应程度及矿山对方案熟悉程度4个， 定性指标为 安 全程度、 工艺简单程度、 对矿体适应程度及矿山对方 案熟悉程度。如表 1所示 。 磊 眦E - m ㈣d lG S L Y J L I 2 6．c o rn ； m r r r ● ● ● ●● ● 5 0 甘肃冶金 第 3 4卷 由表 1 得确定了采矿方法优选 中的 1 0个评价 指标 ， 建立评价因素集 u ， 同时4 种方案建立了评判 级 V。 根据表 1中对 6个定 量指标建立特征向量矩 阵， 然后通过定量指标相对隶属度进行权重赋值。 经计算 ， 定量指标 的隶属度矩阵为 R1 ． 6 l O ． 9 2 1 0． 3 l l 0 O． 5 l 0． 43 1 O ． 5 0 ． 6 7 O 0． 3 0 O O 0． 5 1 0． 3 4 0 0 ． 5 0 根据表 2中拟定 比例 ， 对各定性指标进行赋值 运算， 由此得到各种采矿方法方案定性指标的隶属 度如下 『 0 5 l 1 a7 ．1 o - l。 15 o． 3 L． 1 0． 5 o ． 5 o． 3 3j 综合以上， 可得到综合隶属度模糊矩阵 参与比较的定性指标， 首先对其赋以模糊定量 R 值， 将定性指标按其重要程度划分为 5 个等级， 如表 2所示。于是得到判断矩阵 B b u ra in o 表 2 指标重要程度分级赋值 W 6 5 7 0 8 O 8 5 45 6 0 5 0 6 7 7 5 8 0 6 O 8 0 0 ． 4 5 0 ． 7 3 0 ． 8 O ． 7 5 0 ． 9 0 ． 8 6 5 7 9 5 7 O ． 5 8 0 ． 7 5 0 ． 8 5 O ． 6 5 0 ． 7 O ． 6 5 8 O 6 O 7 5 8 O 6 0 7 O O ． 6 0 ． 5 0 ． 8 5 0 ． 7 0 ． 4 5 0 ． 7 6 8 6 8 5 7 8 0 7 0 8 0 7 5 6 0 7 0 4 7 7 6 5 7 1 0 ． 9 2 0． 67 1 0． 3 O ． 3 1 l O O O． 5 O． 5 1 0 ． 4 3 0 ． 3 4 1 0． 5 0． 5 1 0． 5 1 1 O． 3 3 O ． 3 3 0． 5 1 O． 5 1 O ． 5 O． 5 对上述十个 因素对采矿方法影响的权重 ， 按表 2中分级赋值， 请有关专家打分， 由此得到构造判断 矩阵 W 7 O 65 7 O 8 5 7 5 7 0 6 5 7 0 0 ． 8 O． 5 5 0． 4 2 0 ． 8 5 8 6 4 7 0 ． 7 0 ． 8 5 0 ． 5 5 0 ． 6 5 9 0 4 0 5 0 6 0 O ． 6 O． 5 O ． 3 O ． 6 5 8 4 3 5 8 0 7 0 6 0 7 0 8 5 4 8 计算各因素权重值 a j ， 得到评价因素的权重为 A{ a ， a ， ⋯a 。 }{ 0 ． 0 9 0 ， 0 ． 1 0 1 ， 0 ． 1 1 6 ， 0 ． 1 1 6 ， 东 勰 6．c 0 n 1 0 o o。o o。 OO 第 1期 张建沛 前常铜铁矿采矿方法优化选择 5 l 0 ． 0 8 7 ， 0 ． 1 0 8 ， 0 ． 1 1 7， 0 ． 0 8 7， 0 ． 0 7 1 ， 0 ． 1 0 6 } 。 根据模糊运算 的求解 ， 求解模糊评价级 B， 采用 加权平均法 ， 经过计算得知 BAR{ b ， b ， b 。 ， b } 0 ． 8 4 7 5 ， 0 ． 5 8 9 7 ， 0 ． 4 6 6 4， 0 ． 3 3 2 2 。 根据最大隶属原则， 依据上述计算结果， 前常铜 铁矿各采矿方案的优先顺序为 两步骤深孑 L 回采嗣 后充填采矿法 第 1方案 ， 两步骤分段中深孔 回采 嗣后充填采矿法 第 2 方案 ， 中深孑 L 连续回采嗣后 充填采矿法 第 3方案 ， 分条中深孔 或浅孔 连续 回采充填采矿法 第 4方案 。 经过采矿方法优化选择 ， 最终推荐前常铜铁矿 主要采矿方法为“ 两 步骤分段中深孔 回采嗣后充填 采矿法 ” 。 5 结语 前常铜铁矿采矿方法在通过传统方案选择的基 础上， 推荐了4种适合该矿山生产的采矿方案， 然后 通过模糊综合评判法对所推荐的采矿方法的 1 0个 影响因素的重要程度进行量化 ， 最终优选出两步骤 分段 中深孔 回采嗣后充填采矿法。利用模糊数学理 论选择采矿方法 ， 有效 的降低 了设计者 的主观随意 性 ， 提高了采矿方法选择的科学性。 根据模糊数学理论优选 的两步骤分段 中深孔 回 采嗣后充填采矿法 ， 在前常铜铁矿已经应用 2年多 ， 通过多次的现场试验及生产实践 ， 前常铜铁矿 的生 产能力得到大幅的提升 ， 目前矿山已经达产。 实践证明， 采用模糊数学的理论方法进行采矿 方案的优选是可行的， 通过模糊综合评判法对采矿 中的不确定因素进行定量分析， 将使采矿方法的选 择更科学 、 准确。因此 ， 在今后 的采矿工作中， 对模 糊理论 的应用 ， 值得研究和推广 。 参考文献 [ 1 ] 采矿设计手册 矿床开采卷下 [ M] ．北京 中国建筑 工业出版社． [ 2 ] 许传华 ， 任青文．地下工程围岩稳定性的模糊综合评 判法[ J ] ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 4， 2 3 1 1 1 8 5 2 - 1 8 5 5 ． 【 3 ] 刘普寅， 吴孟达． 模糊数学理论及其应用[ M] ． 长沙 国防科技大学出版社 ， 1 9 9 8 1 9 4 - 2 0 1 ． [ 4 ] 杨培亮． F u z z y 幂群的同态与同构[ J ] ． 昆明 昆明理工 大学学报理工版 ， 2 0 0 1 ， 2 6 2 9 6 - 9 9 ． 收稿 13期 2 0 1 1 - 0 4 - 2 1 作者简介 张建沛 1 9 8 2 ． ， 男， 2 0 0 6年毕业于昆明理工大学采矿工 程专业。一直从事采矿工程设计和研究工作。 上接第 2 3页 3 ． 3 供风配置方面 为增强头部鼓风强度 ， 改善反应效果 ， 有效调节 总风量供给和各风箱风量平衡 ， 我们做 了以下改造 1 l 风机改型 ， 由上述型号变为 9 1 9 N o l 4 D， 流 量为 4 2 4 0 9～ 6 O 0 4 0 m ／ h ， 全压 9 3 3 0 P a ； 新增一台 风机 ， 型号 9 1 9 N o 1 2 ． 5 D， 流量 为 1 2 0 0 01 8 0 0 0 m ／ h ， 全压7 3 0 0 9 2 0 0 P a ， 以增强头部风量供给， 提高鼓风强度 表 4 。 表 4 改造后风机压力和风量配置 4 返烟和 0 管路增设烟尘沉降箱 ， 减少管路堵 塞 ， 增大烟气流量 ； 返烟旋涡除尘器改型 四组改为 二组 ， 增大进气流过风面积和速比， 改善除尘效果。 4 结语 通过对影响烧结结块率因素的分析与探讨， 结 合生产实际制定相应措施， 烧结过程得到进一步稳 定， 烧结块结块率明显提高， 小时产块由2 4 t ／ h提 高到 2 7 ． 1 8 t ／ h ， 取得很好效果。 参考文献 [ 1 ] 陈国发． 重金属冶金学[ M] ．北京 冶金工业 出版社， 1 9 9 0 ． 1 2． [ 2 ] 彭容秋． 锌冶金[ M] ．长沙 中南大学出版社， 2 0 0 5 ． 2 改变鼓风配置 ， 由原来 2 - 3 - 5 - 5改为 l 。 2 。 3 - 4 - 5 作者简介 张 君评 。 。 ， 男， 甘肃景泰人， 工程师， 工学士， 毕 于 供风方式， 进一步弥补头部风量不足带来燃烧状况 理 工 大 学‘ 原 南 方冶 金 学 院 。 现 从 事 有色 冶 炼生 产 技术 管理 不佳 的现状。 3 各风机采用变频调速技术， 增强可控性。 舔