三山岛金矿海底开采采矿方法优化选择.pdf

第 1 7卷第 1期 2 0 0 9年 2月 黄金卅学 杖套 GOL D SCI ENCE AS I D TECHNOLOGY Vo 1 ． 1 7 No ． 1 F e b． 2 0 o 9 三 山岛金矿海底开采采矿方法优化选择 王成 ， 胡国宏 ， 刘志祥 ， 李威 1 ． 山东黄金集团三山岛金矿， 山东 莱州2 6 1 4 4 2 ； 2 ． 中南大学资源与安全工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 三山岛金矿新立矿区是我国第一个进行海底开采的硬岩矿山， 针对新立矿区复杂开采技术条件， 采用模糊综合评判方法 进行了采矿方案优化选择， 将各采矿方案的评价指标进行量化分析， 使采矿方案的评价和选择更加科学、 合理、 可靠。 关键词 模糊综合评判； 采矿方法； 优化选择； 海底开采； 三山岛金矿； 黄金 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 - 2 5 1 8 2 0 0 9 0 1 - 0 0 4 6 - 0 3 山东黄金集团三山岛金矿新立矿 区是我国第一 个进行海底采矿的硬岩矿山， 其矿体位于海床下数十 米至数百米范围内， 是完全意义上 的海底开采 ， 大规 模海底开采存在的安全问题是矿山需要解决 的首要 问题 。尽管 目前矿山为保证海底开采安全 ， 预留了约 1 0 0多米厚 的护顶层 ， 但护顶层 中存在有数十米厚 的 矿体 ， 这些资源若不开采 ， 则严重降低新立矿区海底 开采意义与企业经济效益 ， 导致 资源大量损失。因 此 ， 在保障海底开采安全 的前提下， 研究合理的海底 开采方法对于新立矿区采矿具有重要的意义。 1 矿床开采技术条件 矿体总体走 向 6 2 。 ， 倾 向 S E， 倾角 3 3～6 7 。 ， 大多 在 4 0～ 5 0 。 之间， 平均 4 6 。 ， 由北 向南倾角有逐渐变陡 的趋势。矿体形态整体呈大脉状， 较规则 ， 局部呈似 层状和透镜状。沿走 向、 倾 向呈舒缓波状展布。矿体 具膨大夹缩 、 分支复合现象 。矿体厚 0 ． 4 8～ 2 8 ． 9 6 m， 以 2～1 0 m居多， 厚度变化系数 7 8 ． 2 7 ％， 属厚度较稳 定矿体。矿体 单 工程 品位 1 ． 5 2～1 2 ． 5 3 g ／ t ， 平均 3 ． 2 6 g ／ t 。 矿体大多紧靠主裂 面分 布， 展布 于 7 1～2 0 线 、 一3 0～ 一7 1 0 m标 高范 围内， 沿 走 向最大 长 度 1 1 4 5 m， 沿 倾 斜 最 大 长 度 9 0 0 m， 矿 岩 平 均 重 量 2 ． 8 t ／ m ， 松散系数1 ． 6 。 矿体受成矿前和成矿 中构造控制 ， 矿化强度与蚀 变岩的破碎程度及成矿裂 隙发育程度密切相关 ， 主要 分布于紧靠主裂面之下的蚀变岩破碎强烈、 成矿裂隙 发育的黄铁绢英岩化碎裂岩带 内。主断裂 F 下盘为 矿体 ， F 断层面上断层泥一般厚 5～1 0 c m， 靠近 F 断 层的岩石破碎 ， 节理、 裂理较发 育， 工 程揭露后 易坍 塌。绝大多数施工在断裂带下盘 中的巷道均不需任 何支护 ， 稳 固性 良好。矿区大部分位于渤海的潮间带 及海水之下 ， 矿床不具备 自然排水 的条件 ， 海水对矿 床开采、 矿 山的安全生产构成 了很大的威胁 。 2 采矿方法初选 根据 国内外相关矿山经验 。 J ， 结合三 山岛金矿 新立矿区开采技术条件 ， 采用充填采矿法， 同时考虑 到新立矿区较大的生产能力的要求 ， 采用的充填采矿 法必须考虑机械化大型设备进行作业。选择了 5个 具有代表性的方案参与优化选择 ， 分别为脉内采准中 深孔落矿嗣后充填采矿法 方案一 、 机械化上 向水 平分层充填采矿法 方案二 、 脉外采准点柱式分层 充填采矿法 方案三 、 分矿房矿柱高分层充填采矿 法 方案 四 和高进路充填采矿法 方案五 。 方案一 大部分采准工程布置在脉 内， 而且用 中 深孔采矿， 采场生产能力大 ， 工效高， 爆破成本低 ， 但 采切工程量大， 上盘 围岩支护成本高 ， 采矿贫损高； 方 案二 留连续矿柱有利于采场稳定性 ， 不需胶结充填 ， 充填成本低 ， 各采场开采互不影响 ， 生产能力大， 但矿 石损失率高 ， 脉外采准工程量大； 方案三 在 自然平衡 拱内采矿， 有利于地压控制， 盘区生产能力大， 但采准 废石量较多 ， 各采场开采必须在高度和顺序上加以控 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 6 4 8 ； 修订 日期 2 0 0 8 - 0 8 1 0 ． 基金项目 国家 9 7 3 研究课题“ 矿井突水的动力学特征及控制因素” 编号 2 0 0 7 C B 2 0 9 4 0 2 、 山东省技术创新重点项目“ 海下金矿床安全 高效开采关键技术研究 ” 编号 2 0 0 8 9 0 6 0 6 0 1 1 、 山东省经贸委共 同资助． 作者简介 王成 1 9 6 5 一 ， 男， 工程师 ， 工程硕士， 主要从事采矿技术工作． E ma i l w a n g c h e n g 一 2 0 0 8 1 6 3 ． c o m ． 擅金 学 _支 粒 王成 等 三山岛 金矿海底开采采矿方法 优化选 择 4 7 制， 生产管理难度增加 ； 方案 四 矿房开采两侧为 围 岩， 不需 留点柱 ， 矿石损失小 ， 分矿房矿柱 回采 ， 盘区 生产能力大， 但脉外采准工程量大 ， 矿房必须胶结充 填 ， 充填成本增大； 方案五 采用进路回采有利于地压 控制和安全采矿， 但进路接顶难度高， 采场生产能力 和采矿工效低 ， 而且一步进路必须胶结充填 ， 充填成 本增大。 3 采矿方法优化选择 采矿方案选择受多种因素的影响 ， 而这些因素又 带有极大的模糊性 、 随机性和未知性 ， 传统 的采矿方 案选择带有极大的经验成分 ， 容易受到经验的影响而 不能正确反映实际情况。模糊数学优选法将采 矿过 程 中的各种模糊或主观因素转化为数学形式 ， 将各方 案的评价指标量化分析 ， 使方案 的评价和选择更加科 学、 合理、 可靠。 定量指标的隶属度由隶属函数法确定 ， 非定量指 标采用相对二元 比较 法确定 ， 得 出各 因素不 同的权 重 ， 进行综合评判。 3 ． 1 综合评判指标 对方案一 、 方案二、 方案三、 方案 四和方案五进行 综合分析， 选择各采矿方案 的采场生产能力、 采矿工 效 、 采准切割比、 矿石损失率 、 矿石贫化率和采矿直接 成本 6个定量指标， 另外选择开采安全性、 对矿体适应 程度、 实施难易程度 3个定性指标。6个定量指标由 各方案的技术经济指标组成 ， 3个定性指标通过 8位 采矿专家问卷调查结果得出， 各评判指标如表 1 所示。 3 ． 2 定量指标隶属度的确定 对 l q 个方案 方案一至方案五 的 m个指标 采 场生产能力 、 采矿工效 、 采准切割 比、 矿石损失率 、 矿 表 l 各采矿方案评判指标 石贫化率 、 采矿直接成本 、 开采安全性、 对矿体适应程 2 对越小越优指标 ， 用下式进行规格化。 度 、 实施难易程度 组成的目标特征值矩阵为㈩ Y Y l I Y1 2 Y 2 1 Y 2 2 1 Y m 2 mm Yi 3 y 1 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 、 3个定性指标进行优选 。根据定量指 标 ， 对特征向量矩阵进行规格化为 il， 2， ⋯ ， m ； 1， 2， ⋯ ， n。 式 1 中 表示第 个方案的第 i 个指标。 目标相对优属度公式如下 1 对越大越优指标 ， 用下式进行规格化 。 R r Y q 2 1 0 ． 2 6 3 0 ． 2 7 2 0． 2 3 3 0 ． 1 8 4 1 0 ． 3 8 9 0 ． 4 0 3 0 ． 3 61 0． 31 9 0． 2 4 6 0． 6 3 0 0 ． 3 3 9 0 ． 5 7 0 1 0． 4 0 0 0 ． 3 5 0 0 ． 4 6 7 0 ． 4 8 3 1 0． 4 7 l 0． 6 6 7 0 ． 6 6 7 0 ． 6 6 7 1 l 0． 8 0 2 0 ． 8 0 2 0 ． 8 4 7 0． 7 4 4 n n ． n 一 4 8 W A N G C h e 凡 g Ⅱ 1 ． O p t im 如 。 ￡ 。 n n ￡ d d e r Ⅱ D e p o s n S a n s 如 。 G o ld M M G o L D 潞 猫 3 ． 3 定性指标隶属度的确定 设系统有待进行重要性 比较的 目标集 式中 P 为第 i 个 目标 ， i 1 ， 2， ⋯， P a l ； m为 目标总 数。 研究 目标集 P中的 目标就“ 重要性” 进行二元对 比的定性排序， 可设 目标集就重要性按一定规则排序 作二元 比较 ， 若二元 比较矩阵 卢 1 1 卢 1 2 2 I 』 8 2 2 m2 且满足条件 R1 _q l 1 0． 2 4 6 0． 4 O 0 0． 4 7l 1 0．1 4 3 0．1 43 0． 21 2 0． 2 63 0． 3 8 9 0． 6 3 0 0． 3 5 0 0． 6 6 7 0． 8 0 2 0． 6 6 7 o． 4 29 0． 7 3 9 0． 2 72 0． 4 03 0． 3 39 0． 4 67 0． 6 67 0． 8 02 0． 6 67 1 1 0． 2 33 0． 3 6l 0． 5 7 0 0． 5 83 0． 6 6 7 0． 8 47 1 1 l 0．1 8 4 0． 31 9 1 1 1 0． 7 4 4 1 0． 2l 2 0． 1 43 运用相对二元 比较法可得到 9个指标 的权重矩 阵 W 0 ． 0 2 6 ， 0 ． 0 2 6 ， 0 ． 4 2 9 ， 0 ． 5 3 8 ， 0 ． 5 8 3 ， 1 ， 1 ， 0 ． 2 1 2 ， 0 ． 2 9 。 对权 重矩 阵归 一化 得 0 ． 0 0 5 4 ， 0 ． 0 0 5 4 ， 0． 08 8 8， 0．1 1 1 4， 0．1 11 4， 0．2 0 6 0， 0．2 0 6 0， 0．2 0 6 0， 0 ． 0 5 9 6 。 运用加权平均模型对各方案进行评价 ， 用 C R 进 行 计 算 ， 可 得 方 案 隶 属 度 向量 为 C 0 ． 4 0 7 2 ， 0 ． 6 0 7 8 ， 0 ． 7 2 8 4， 0 ． 8 3 9 2 ， 0 ． 7 2 6 0 ， C值越 大表明方案越优。 6 4 结论 称矩阵 卢为关于重要性的有序二元比较矩阵， 为目标 i 对 关于重要性作二元 比较时 ， 目标 i 对 于 的重要性模糊标度 ； 为 目标 对 于 i 的重要性模糊 标度 ； 序号按推论 1矩阵 E各行数 由大到小的次序 排序。 7 式 7 表示了 目标 的相对重要性 ， 根据排序 ， 町 查语气算子与定量标度 。根据相对隶属度关系得到 指标隶属度。 对各采矿方案开采安全件进行分析 ， 根据开采技 术条件及各方案特点 ， 得 出安全性相对隶属度 向量 R ， [ 0 ． 1 4 3 ， 0 ． 6 6 7 ， 0 ． 6 6 7 ，1 ， 1 ] ； 根据各方案对矿 体适应程度 ， 得出矿体适应性 的相对隶属度 向量 [ 0 ． 1 4 3 ， 0 ． 4 2 9 ， 1 ，1 ， 0 ． 2 1 2 ] ； 根据各方案实施 的 难易程度 ， 得出各方案施工难易的相对隶属度 向量 R 。 [ 0 ． 2 1 2 ， 0 ． 7 3 9， 1 ，1 ， 0 ． 1 4 3 ] 。 3 ． 4 方案隶属度向量确定及建模 综合以上可得到综合隶属度矩阵 根据最大隶属度原则 ， 适合新立矿区开采条件的 各方案优先顺序 为 分矿房矿柱 高分层充填采矿法 方案 四 、 脉外采准点柱式分层充填采矿法 方案 三 、 高进路充填采矿法 方案五 、 机械化上向水平 分层充填采矿法 方案二 、 脉 内采准 中深孔落矿嗣 后充填采矿法 方案一 。分析得 出， 分矿房矿柱高 分层充填采矿法 方案四 贫化损失率相对较低且对 矿体的适应程度好 ， 在综合分析中具有较大 的优势。 其次是脉外采准点柱式分层充填采矿法 方案三 ， 其生产能力较高 ， 对矿体 的适应程度较好。 综合分析 5个采矿方案 ， 在三山岛金矿新立矿区 采用分矿房矿柱高分层充填采矿法 方案四 开采矿 石 ， 该方法可以较好地解决 目前新立矿区海底开采条 件下的一些问题， 是当前条件下的一个较优方案。 参考文献 [ 1 ]牟振山， 刘学胜， 李和平， 等． 新型尾砂固结材料在河西金 矿的试验与应用[ J ] ． 黄金科学技术， 2 0 0 6 ， 1 4 1 3 6 3 9 ． [ 2 ]王成东． 下盘脉外工程在残采中的应用[ J ] ． 黄金科学技 术 ， 2 0 0 6 ， 1 4 3 2 6 2 8 ． 5 2 Z H A N G Q i 1 ． D is c s 。 n P 阳 6 。 6 。 D e s ig n i n g 。 n d c o ￡ c 肋 z ＆ 。 f c s M e th 。 d G o L D Di s c u s s i ng o n Pr o b l e ms a bo ut De s i g n i n g a nd Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f S t a t i c S h r i n ka g e M e t h o d Z H AN G Q i ， WA N G L i， WA N G X i a o q i n g S o n g C o u n t y Q i a n h e G o l d Mi n i n g C o ． ， L t d ． ，C h i n a N a t i o n a l Gol d G r o u p C o r p o r a t i o n， L u o y a n g 4 7 1 4 4 1 ， H e n a n ， Ch i n a ’ Abs t r a c t Th i s p a p e r d i s c u s s e d s e v e r a l p r o b l e ms a b o u t d e s i g n i n g a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f s t a t i c s hr i n k a g e m e t h o d ， w h i c h i s t e s t e d a n d r e s e a r c h i n g a t Q i a n h e g o l d m i n e i n 2 0 0 8 ． We p u t f o r w a r d s o me o p i n i o n s ， i n c l u d i n g t e c h n i q u e o f t h r e e i n t e n s i f y i n g o pe r a t i o n，t h e r e c o v e r y me t h o d o f t ria n g l e o r e h e a p，ha n g i n g wa l l r o c k b o l t i n g s u p p o r t a n d r e mo v i n g o r e f r o m s t o p e o r e p a s s ，wh i c h c a n s u p p l y a r e f e r e n c e f o r r e l a t e d e n g i n e e rin g p e r s o n n e l a n d e x t e n d e d a p p l i c a t i o n． Ke y wo r d sSt a t i c s h rin k a g e me t h o d；Or e h e a p r e c o v e r i n g；S u r r o u n d i n g r o c k b o l t i n g s u p p o r t ；Re mo v i n g o r e fro m s t o p e o r e p a s s ； Q i a n h e g o l d d e p o s i t ； G o l d ； H e n a n ‘ “ I l l l - ‘ I I I I “ I I h i , , , o q l I h 。 I I l -。 ” I l l l J “ II I i l 一 一 。 ’ 。 ” I I I 。 I h l ’ 。 h I i I - ‘ I i 。 h j o J t l I I h 一 ’ l l ⋯ ⋯ - 。 I 。 。 I I I l - ⋯ l - ‘ I I l - “ I h _ - ”I I 上接 第 4 8页 [ 3 ]王忠军， 王永成， 姜维明， 等． 降低金矿石回采边界品位 版社， 1 9 9 7 ． 分析与应用[ J ] ． 黄金科学技术， 2 0 0 7， 1 5 4 5 4 - 5 7 ． [ 5 ]方述诚 ， 汪定伟． 模糊数学与模糊优化[ M] ． 北京 科 [ 4 ]杨松林． 工程模糊方法应用 [ M] ． 北京 国防工业出 学出版社， 1 9 9 7 ． Opt i mi z a t i o n o f M i n i n g M e t ho d i n Und e r s e a De p o s i t i n S a n s ha nd a o Go l d M i n e WA N G C h e n g ， H u G u o h o n f， uu Z h i x i a n g ， L I We i 1 ． S a n s h a n da o Go l d Mi n e，S h an do n g G0 Gr o u p Co ．， L t d ．， L a i z h o u 2 61 4 42，Sh a n d o n g，Ch i n a； 2 ． C o l l e g e o fR e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i nee r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， Hu n a n ， C h i n a Abs t r a c t Xi n l i mi n i n g a r e a o f S a n s ha n d a o g o l d mi n e i s a h a r d r o c k mi n e，wh i c h c a r r i e s o u t s u b ma rin e mi n i n g fir s t l y i n Ch i n a ．Ac c o r d i n g t o t h e c o mp l i c a t e d mi n i n g t e c hn i c al c o n d i t i o n o f Xi n l i mi n i n g a r e a， f u z z y c o mp r e h e ns i v e e v a l u a t i o n a p p roa c h i s a p p l i e d t o o p t i m i z e m i n i n g me t h o d ．Q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s t h e e v a l u a t i o n i n d e x o f v a r i o u s m i n i n g s c h e me ，S O t h a t t h e e v alu a t i o n a n d s e l e c t i o n o f mi n i n g p r o g r a m mo r e s c i e n t i fi c ，r e a s o n a b l e a n d r e l i a b l e ． Ke y wo r d s F uz z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n； Mi n i ng me t h o d； Op t i mi z a t i o n s e l e c t i o n；S u b ma rin e mi n i n g； S a n s ha n d a o g o l d mi n e； Go l d I I 。 ” I I ⋯。 ’ l l h * 。 I ’“ I I I l -。 ‘ ’ 1 1 I -。 ’ I I I l -“ I I ’ 。 ‘ I } ⋯。 。 I l l 1 。I I I - ‘ I I l “ ⋯I - ‘ J I 。 ” _ - ‘ mI 一 。 ’ 0 I I l _ 一 ‘ ’ I I 。 ‘ 1 I - ’’ l - ’ I h , -’ ’ I I I - 武警黄金一总队谋定 2 0 0 9年地勘工作 近 日， 武警黄金第一总队中心工作会议决定， 2 0 0 9年将在 东北三省及内蒙古 自治区境内5个重点区带上开展地质勘查 项目3 6个， 其中黄金工作专项业务费项目3 2个， 基金类项 目 4个 。 据介绍， 2 0 0 9年， 该总队预计拿出 9 5 0 0万元 ， 完成钻探 7 5 8 9 0 m、 槽探 1 4 0 OO0 m 、 坑探2 2 0 0 m等工作， 预期提交黄金 资源量4 0 t ， 提交可供普查或进一步工作的找矿耙区 1 5处。 根据重点围绕“ 任务牵引、 基础先行 、 瞄准大带、 重点突破” 的 总体工作思路 ， 该队将进一步优化找矿布局 ， 深化普查 ， 加强 预查， 重视基础， 促进重点勘查区带、 接续普查区带、 战略预查 区带协调发展。 该队在 5个重点区带的工作部署分别为 在延边一东宁 成矿带加速黑龙江省金厂矿区勘查， 力争在 2 0 1 0年前实现该 矿区黄金资源量超过 l O O t 的目标； 以小兴安岭一张广才岭成 矿带为接续普查区带， 加大对化探异常验证力度， 以期发现新 矿脉； 在乌拉山～大青山成矿带和白云鄂博一化德一赤峰成矿 带， 加大铁、 钼等多金属找矿投入力度， 力争实现更大突破； 以 额尔古纳成矿带、 大兴安岭成矿带北段作为主攻找矿区带， 总 结宝兴沟矿区成矿规律， 在扩大矿床规模上下功夫； 依托二连 浩特一锡林浩特、 吉南一辽东成矿带以及燕辽成矿带， 在内蒙 古自治区巴彦温多尔矿区开展普查工作， 设立吉南一辽东地区 找矿预测研究专题项 目， 力争在 1 ～ 2年内找矿有新发现。