太白金矿深部矿体采矿方法选择研究.pdf

第 4 2卷第 6 期 2 0 1 0年 1 2月 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 自 然 科学 版 J ． Xi a n Un i v ．o f Ar c h ． Te c h ． Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n Vo 1 ． 42 NO ．6 De c ． 2 01 0 太 白金矿深部矿体采矿方法选择研究 王 卫 京 中国黄金集 团公司 ， 北京 1 0 0 0 1 1 摘要 针对太 白金矿深部矿体复杂 的开采技术条 件 ， 采 用多 目标灰 色局势决 策和 AHP层 次性系统 分析理 论进行采矿方法方案选择研究 ， 实践证明 ， 用这 种方 法选 择出的采矿方法具有较强的可靠性和适应性 ， 应用 于 工业试验之后 已取得 了满意 的效果． 关键词 采矿方法选择 ； 层次分析法 ； 效果测度 ； 指标权重 ； 灰色局势决策 中图分类号 TD 8 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 6 7 9 3 0 2 0 1 0 0 6 0 9 0 7 0 6 陕西太 白黄金矿业有限责任公司是生产近二十年的老矿山， 目前矿山生产能力 1 0 0万 t ／ a ． 开采中 段已下降到 1 1 5 0 m 中段 ， 采用的采矿方法主要为有底柱阶段崩落采矿法． 近年来随着开采 中段逐年下 降 ， 深部矿体部分矿体变缓变薄 ， 属倾斜 中厚矿体． 由于矿体变缓变薄 ， 矿体原有采矿方法不在适应 ， 因 此必须寻求一种采矿贫化小， 矿块生产能力大， 采矿工艺较为简单 的采矿方法来 回采该类矿体 ， 以保证 矿 山持续 稳定发 展 ． 1 矿体开采技术条件 太 白金矿八号矿体赋存于含金构造角砾岩带之中， 矿体产状严格受角砾岩体的控制 ， 矿石由构造成 因角砾岩和多阶段热液成因的胶结物而构成， 产于 中泥盆统变质泥质碎屑岩 中， 矿体走 向 1 1 2 。 ， 走向长 度 l 0 0 0余 m， 倾向北北东 ， 倾角 6 0 。 ～7 5 。 局部反倾 ， 倾角变化较小． 矿体厚度一般为 4 O ～5 0 m， 平均 厚度 4 5 IT I ， 呈上厚下薄的趋势， 特别是 1 1 5 0 m 中段水平 以下矿体厚度明显变缓变薄， 矿体分支增多 ， 形态变条带状 ， 走向上局部被断层错断， 矿体厚度一般在 2 5 ～3 5 m， 矿体倾角 5 2 。 ～6 0 。 ． 矿体 围岩为角 砾岩、 钠长石化板岩等 ， 总体来讲 ， 均属坚硬一半坚硬岩石， 稳 固性好； 矿石极难氧化 ， 湿度小 ， 粉矿有黏 性但不结块 ， 其坚固性系数 厂 一8 --1 0 ， 中等稳固． 矿区开采范围内水文地质条件简单 ， 矿体属裂 隙充水岩带 ， 富水性弱 ， 顶 、 底板围岩属隔水岩层． 近 地表风化裂隙带虽透水 ， 但仅在沟谷底部及山坡 坡脚储存少量潜水， 其他 地段均为透水而不含水裂隙 带 ； 矿区地形极有利于地下水的排泄 ， 故地下水对岩矿石的稳 固性影响甚微 ； 特别是 1 2 5 0 m标高 的探 矿坑道 自然排水后 ， 此标高 以上的岩矿石基本处于“ 干燥状态” ， 使易软化 围岩的稳 固性彻底改变； 1 2 0 0 m以下中段已处于侵蚀基准面以下 ， 裂隙中含水现象时有发生， 但水量一般不大． 2 采矿方法初选 矿 山投产 后 的相 当一段 时 间 ， 一 直采用 分段 凿岩 的 阶段矿 房法 和 留矿法 的采 矿工艺 ， 近 年来 采 用 了 分段凿岩阶段崩落采矿法 ， 使用比例逐年提高， 预计将超过 5 O ． 矿山多年的生产实践证明采用空场法， 矿柱所 占比例较大， 回收困难 ， 回收时损失、 贫化指标较高， 大块多 ， 二次破碎工作量较大； 采空处理也较 困难． 采用充填法， 由于该矿山属于低品位矿山， 平均地质品位不足 2 g ／ t ， 若采用尾砂或尾砂胶结充填的 收稿日期 2 0 0 9 1 卜3 O 修改稿 日期 2 O l O l O 一 1 2 作者简介 王卫京 1 9 7 3 一 ， 男 ， 山东东营人 ， 博士研究生 ， 主要从 事矿 山管理 和系统工程研究 9 0 8 西安建筑科技大学学报 自然科学版 第 4 2卷 采矿工艺 ， 须在地表工业场地建设一座充填站 ， 建立～套井上井下的充填系统． 建设投资较大． 由于生产 环节增加 ， 生产过程中的投入增加 ， 使得采矿成本增加 ， 进而直接影响到企业总的经济效益． 而且回采与 充填工艺复杂， 要达到 2 8 0 0 t ／ d生产规模难度较大． 即使达到也需要一个时间不短的过程 ， 这个过程也 会给企业带来一定 的损失． 根据矿体开采技术条件及类似矿山经验 ， 较合适的采矿方法有高端壁无底柱分段崩落法、 有底柱分 段凿岩阶段崩落采矿法和分层崩落法． 对于所提出的三种采矿方法方案各有优缺点 ， 且各项技术经济指 标的单位不同， 相互间无可比性 ； 各采矿方法方案之间 ， 某些效果指标好些， 有些则差些 ； 有些效果指标 如机械化程度等 无定量指标 ， 因此 ， 需采用灰色局势决策和 AHP层次性系统分析理论来选择最优的 采矿 方法 方案． 3 灰色 方案决策 灰色方案决策_ 1 ] 的核心是多 目标决策的单 目标化 ， 将方案的多个 目标值通过 目标效果测度化为单 一 目标值 ， 即方案的综合效果测度， 从定量的角度进行方案优化． 设事件为 n i 一1 ， 2 ， ⋯， n ， 对 策为 b ， 一1 ， 2 ， ⋯， ， 其二元组合 日 ， b j 称为方案． 若有事件 a ， 口 ， 。 ， ⋯， 口 ， 有对策 b ， b ， b 。 ， ⋯， 6 m 等 m 个对策去应对， 于是构成 n ， b ， 。 ， b ， ⋯， a ， b 等 m个方案， 将这些方案构成如下矩阵 F ul 己 ， } ‰一 z 1 U2 l u 2 【 ， 厂 i U ● ● ● U 则 M㈤称为 决策 矩阵． 由于各种 目标 的量纲不同， 应进行无量纲化． 由式 1 、 2 进行无量纲化得到方案 的效果测度 r 1 上 限效果 测度 即决 策 目标越 大越好 毪 u ≤ 1 2 下 限效果 测度 即决 策 目标 越 小越好 一 u ≤一U；n i 2 一 ‘ u n ， 对矩阵 各数据处理构成 目标方案决策矩阵 r r 1 r 2 ⋯ r i 一 屹⋯吃 l r l r 2 ⋯ r 然后把 对策 b j 相 关 的效果 测度 r 综合 起来 ， 形成 综合 测 度 厂 r 门 ， 由 于在 多 目标 决策 中， 各 效果 测度 r ； ， 对 目标的综合测度影响程度不同， 即 r J 一 ∑ c r i 3 式中 C 为各效果测度的权重值 ， 表示各效果测度对方案选择的重要性程度． 权重值对方案选择评价有 举足轻重的作用 ， 如是人为确定， 往往会带有主观随意性 ， 影响客观地选择采矿方法， 应采用专家系统的 方法 确定 ． 由各方案综合效果测度构成多 目标方案决策矩阵 M z M ∑ r r ； 至 ； ， r ； 蔓 ； ， r ； 至 ；。 ， ⋯， r { ； ] 4 第 6 期 王卫京等 太 白金矿深部矿体采矿方法选择研究 9 0 9 其中最太的综合效果测度 m a x r { 至 ； 对应的采矿方法方案 第J 种对策 即为最优方案， 且各对策 优势 比为 r { 至 ； r { 委 ； 。 r { 蔓 ； 。 ⋯⋯ r ； 至 { 5 4 采矿 方法选择 的灰色局势决策分析 4 ． 1 三 种采矿 方法 的经 济指 标对 比表 根据太 白金矿矿体开采技术条件所拟选的三种采矿方法为有底柱分段凿岩阶段崩落采矿法 、 高端 壁无底柱分段崩落法和分层崩落采矿法 ， 其各项经济技术指标对比见表 1 ． 表 1 三种采矿方案各项技术经济指标对比 Ta b． 1 Co mp a r is o n o f t he t e c h ni c a l a n d e c o n o mic i n di c a t o r s o f t h r e e mi n i n g p r o g r a ms 4 ． 2 灰 色局 势决 策分析 在影响采矿方法选择的主要 因数集合 中， 定量指标参考 国内外类似矿山选取 ， 定性指标则 由专家按 差、 很差 、 一般、 好、 很好 5级标准进行评判 ， 并由表 2 所列赋值标准给出评定值当因素指标介于两个等 级之间时 ， 评定值取这两个等级评定值之间的值． 表 2赋值标准 Ta b ． 2 Ev a l u a t io n s t a n d a r d 将定性指标定量化后 ， 由各项评价指标 事件， a i 和开采方案 对策， b i 组成方案， 构成决策矩阵 ， r 1 0． 9 6 l 0 ． 5 4 0 ． 9 4 l 0 ． 5 7 1 M 各数据处理 ， 构成 目标的方案决策矩阵 1 0 ． 77 1 0． 3 O． 6 0． 6 ● ● O． 5 1 1 4 ． 3 用 AHP层次分析法求出各个 因素的权重 AHP法是美 国运筹学家 、 匹兹堡大学教授 A．L ． S a a t y提出的一种将定性问题定量化的决策方法． AHP法把复杂问题分解成各个组成因素 指标 ， 再将这些指标按支配关系分组形成递 阶层次结构． 通 O 0 0 7 4 4 O 0 O 6 8 6 7 9 ． ． ． 5 3 O O 0 4 4 3 2 2 4 4 7 1 O O 1 1 1 3 5 1 6 6 6 O O O 2 5 O 0 8 9 7 7 7 1 1 1 ]●●● 1 1 7 0 7 7 5 5 O O 8 t 9 O 9 9 7，7， O O 1 7， 9 l 9 O O 7 4 9 9 1 0 O 5 5 l 9 9 O O 8 2 L 8 8 O O 9 1 O 西安建筑科技大学学报 自然科学版 第 4 2卷 过两 两 比较 确定 每一 层次 中诸 因素 指 标 的相 对 重要 程度 ， 然 后 在 递 阶层 次 结 构 中进 行 合 成 得 到 各 因数相 对 于 目标 的重 要程 度． AHP法 的 大体 步 骤可以分为1 分析评价系统中各要素问的关系， 建立递阶层次结构体系； 2 对同一层 次的各元 素 影 响上 一 层 次 中某 一 准 则 的重 要 性 进 行 两 两 比 较 ， 构建两两 比较判断矩 阵， 并进行一致性检验 ； 3 AHP法计算权重在计算机上的实现． 1 建 立递 阶层次 结构 体系 见 图 1 2 构造 比较 判断矩 阵_ 5 设多 目标决 策 问题有 n个 方案 ， 记 为 M f 1 ， 2 ， ⋯ ， ； 有 m 个 指标 ， 记为 B f 1 ， 2 ， ⋯ ， m ． 建立 比较矩 阵 A一 n 图 1 采矿 方 法选择 递阶层 次 结构体 系示意 图 Fi g ． 1 Th e s k e t c h ma p o f h i e r a r c hic a l s t r uc t u r e s y s t e m of mi n i n g me t ho d s e l e c t i o n 指标 i比 重要 指标 与 同样重要 ， 一 1 ， 2 ， ⋯ ， ， 一 。 6 指标 i 不 如 J重要 将 比较 矩阵 A一 “ 通 过级 差法转 化 为判断矩 阵 C C ’ rr C C 7 式 中 C 6 为常数 ， 一般 取 C b 一9 ； R 为级 差 ， RR 一Rm i n ， R 一ma x b 1 ， b 2 ， ⋯ ， b } ， R i 一mi n { b 1 ， b ， ⋯ ，b } ． 3 计算指标的权重 采用方根法计算判断矩阵的最大特征根及其对应 的特征 向量 的具体 步骤如 下． 1 计算判断矩阵中每一行指标分值的乘积 M 一Ⅱ c i 一1 ， 2 ， ⋯， 8 J一 】 2 计 算 Mi 的 n次方根 M Mi 一河 1 ， 2 ， ⋯， n 9 3 对 向量 M一 一 M1 ， M～z ， ⋯ ， 、 进行 归一化 处 理 一 一 1 ， 2 ， ⋯ ， n ． 1 o ∑ i 1 4 一次 性检 验 1 计算 一致 性指标 C ． J ． C．J ． 一 , mT a x - n 1 1 一 耋 2 计算一致性比率 C ． R． c ． R ． 一 器 1 2 图 2 层次分析法权值计算流程图 Fi g ． 2 Ca l c u l a t i o n o f we i g h t v a l u e b y AH P 第 6 期 王卫京等 太 白金矿深部矿体采矿方法选择研究 9 1 1 当 n 2 ， C ． R． o ． 1时 ， 认 为判断矩阵的一致性是可 以接受的， 此 时权系数可求得； 当 C ． R． ≥0 ． 1 时， 需要对判断矩阵进行修正． 5 AHP法 计算 权重 在计 算机 上 的实现 AHP法计算 因素权重的运算过程有些复杂， 可利用计算机进行求解． 采用 MATL AB进行编程实 现矩阵运算 ， 求层次分析法判断矩阵最大特征值 ⋯及其所对应的特征 向量 ， 并进行一致性检验和特征 向量归一化 ， 得到权系数向量 可极大地简化计算过程． 有关的计算流程见图 2 ． 依次输入相关数据， 程 序将 自动完成全部计算 包括一致性检验 ， 并 自动输出权值． 6 比较矩 阵 的构造 与权 向量 的求解 由式 7 计算各指标的排序指数 b A 一 ao、 一 经过计算机运算 ， 得到各效果测度的权重为 W 伽1 ， WZ ， ⋯ ， Wl 1 0 ． 1 3 5 ， 0 ． 2 5 7 ， 0 ． 2 0 1 ， 0 ． 0 8 4 ， 0 ． 0 7 7 ， 0 ． 0 3 7 ， 0 ． 0 3 3 ， 0 ． 0 3 7 ， 0 ． 0 3 0 ， 0 ． 0 4 5 ， 0 ． 0 6 4 5 采矿方法终选 利用矩阵 M ， 按式 3 计算出各方案的综合效果测度， 并将计算结果排列成多 目标方案决策矩 阵 1 1 11 1 1 r { 蔓 ； 1 ∑ c r 1l’ o ． 9 5 4 ；r z ∑ C ir o ． 8 7 o ； 一∑ c r ． o ． 8 6 1 局势对 1 1 个 目标的矩阵如下 M ∑ 一 董 ； l ， r 2 ， r 。 ] F o ． 9 5 4 ， 0 ． 8 7 0 ， 0 ． 8 6 1 ] 从上述多 目标方案决策矩阵 M ∑ 可知 ， 最大综合效果测度 r 。 一 o． 9 5 4 即高端壁无底柱分段崩落法为最优方案 ， 且三种方案相对优势 比为 1 0 ． 9 1 0 ． 9 0 ． 6 结 论 采矿方法选择是一项复杂的工作 ， 影响因素太多． 采用传统类 比法计算量大 ， 且带有较大的主观随 意性． 采用多 目标灰色局势决策和 AHP层次性系统分析理论 ， 模拟专家思维 ， 将影 响采矿方法选择 的 主要 因素定量化来选择采矿方法， 提高了采矿方法选择的科学性 、 全面性和准确性． 现场试验表明， 试验 矿段所选择的高端壁无底柱分段崩落法具有较强的适用性 ， 实现了安全高效的回采 ， 各项技术指标 采 准系数由 1 4 ． 8 m／ k t 降为 1 1 。 2 m／ k t ； 矿块生产能力达到 6 0 0 t ／ d ， 是试验前 的 1 ． 8倍 ； 矿石回采率提高 3 ． 1 7 ， 矿石贫化率降低 2 ． 4 ％． 先进的试验效果． 0 4 7 2 2 2 2 2 0 O O O 1 1 2 2 2 2 2 1 1 0 O 1 1 2 2 2 2 2 0 1 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 O 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 O 2 2 2 2 1 1 1 O 1 O O O 1 2 2 1 1 O O 0 O O O 0 2 2 O O O O O O O O O 2 1 O 0 O 0 O O 0 0 1 1 O O 0 O O O O O O A 咖 9 1 2 西安建筑科技大学学报 自然科学版 第 4 2卷 参 考文献R e f e r e n c e s E l i 邓聚龙． 灰色理论教程[ M] ． 武汉 华 中理 工大学 出版社 ， 1 9 8 5 ． D E NG J u l o n g ．G r e y S y s t e m T h e o r y c o u r s e [ M] ． Wu h a n Hu a z h o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y P u b l i s h i ng H o us， 19 8 5． [ 2 ] 罗华军 ， 陈林 隆． 采矿方法优化选择的灰色方案决策 分析 [ J ] ． 矿业工 程 ，2 0 0 6 2 3 0 3 1 ． L UO Hu a j u n ，C HE N L i n l o n g ．Ap p l i c a t i o n o f g r a y s c h e me d e c i s i o n me t h o d i n s e l e c t i o n [ J ] ．Mi n i n g E n g i n e e r i n g， 2 0 06 2 3 0 31 ． I- 3 ] [ 4 3 [ 5 ] [ 6 ] 吴仲雄 ， 高清平． 改进 AHP法在采矿方法多 目标 决策中的应用 I- J ] ． 矿业 工程 ， 2 0 0 5 5 1 8 2 O ． WU Zh o n g x i o n g 。 GAO Qi n g p i n g ．I mp r o v e d AHP a p p l i c a t i o n i n t h e mu l t i ～ o b j e c t i v e d e c i s i o n f o r mi n i n g me t h o d s e l e c t i o n [ J ] ．Mi n i n g E n g i n e e r i n g， 2 0 0 5 5 1 8 2 0 ． 朱 茵， 孟志勇． 用层次分析法计算权重[ J ] ． 北方交通大学学报 ， 1 9 9 9 ， 2 3 5 1 1 9 1 2 2 ． Z HU Qi a n ， ME NG Z h i y o n g ． D e t e r mi n a t i o n o f w e i g h t v a l u e b y AHP [ J ] ． J o u ma l o f N o r t h e r n J i a o t a o Un i v e r s i t y ， l 9 9 9 5 1 1 9 - 1 2 2 ． 谢贤平． 用灰色关联分析法 选择 采矿 方法 [ J ] ．有色金属 矿山部分 ， 1 9 9 3 2 8 - 1 2 ． X I E Xi a n - p i n g ．Ap p l i c a t i o n o f Gr e y R e l e v a n c y An a l y s i s o n S e l e c t i n g mi n i n g me t h o d [ J ] ． N o n f e r r o u s Me t a l s Mi n i n g ，1 9 9 3 2 8 - 1 2 ． 陈延信． 三系列悬 浮预热 系统热效率 的理论研究[ J ] ． 西安建筑科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 3 9 3 4 1 9 - 4 2 2 ． CHEN Ya n - x i n． The t he o r e t i c a l i nv e s t i ga t i o n on t he t he r ma l e f f i c i e nc y of t r i s t r i n gs s us p e ns i o n pr e he a t e r s y s t e m [ J 3 ．J ． X i a n Un i v 。 o f Ar c h ． T e c h ． Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 0 7 ， 3 9 3 4 1 9 - 4 2 2 ． S e l e c t i o n o f mi ni ng me t h o d s f o r d e e p o r e b o d y i n Ta i b a i Go l d M i n e WANG We i - j i n g Ch i n a Na t i o n a l Go l d Gr o u p Co r p o r a t i o n ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e c o mp l i c a t e d m i n i n g t e c h n i c a l c o n d i t i o n o f d e e p d e p o s i t i n Ta i b a i Go l d M i n e ，s t r a t e g i c d e c i s i o n a n d AHP h i c r a r c h i c a l s y s t e m a t i c a n a l y s i s t h e o r y a r e a p p l i e d t o o p t i mi z e t h e s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d，Th e p r a c t i c e s h o ws t h a t t h e mi n i n g me t h o d s e l e c t e d wi t h t h i s a p p r o a c h i s mo r e r e l i a b l e a n d p r a c t i c a b l e ，wh i c h h a s b e e n u s e d i n i n d u s t r i a l t r a i l a n d h as ga i ne d s a t i s f a c t o r y r e s ul t s ． Ke y wo r d s s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o d； a n a l y t i c h i e r a r c h y；me a s u r e o f e ff e c t ； we i g h t v a l u e s t a t e s t r a t e gi c “ d e c i s i o n B i o g r a p h y W ANG We i j i n g ，Ca n d i d a t e f o r P h ． D． ，B e ij i n g 1 0 0 0 1 1 ，P ． R． C h in a ， T e l 0 0 8 6 ～ 1 0 8 4 1 1 3 5 0 0 ，E ma i l 7 3 7 1 0 3 7 8 9 q q eom