峨口铁矿地下采矿方法优选.pdf

S e r i e s No ． 4 4 3 Ma r c 2 01 3 金 属 矽 山 METAL MI NE 总 第4 4 3 期 2 0 1 3 年第 5期 峨 口铁矿地 下 采矿 方 法优 选 孙丽军 张撑校。 代碧波 1 ．q - 钢集团马鞍山矿山研究院有限公司； 2 ．金属矿山安全与健康国家重点实验室； 3 ．陕西邦田4 E - -有限公司 摘 要 为了合理选择峨口铁矿地下开采方法， 通过对峨口铁矿境界外资源赋存条件分析， 推荐了适合于矿 体开采的备选方案。在对备选方案进行技术经济及优缺点比较基础上 ， 建立灰色数学模型， 利用灰局势决策对备 选方案进行优化选择 ， 最终确定峨口铁矿地下开采采用无底柱崩落法， 同时对无底柱崩落法配套装备进行了推荐。 将灰局势决策应用于采矿方法优化选择中， 为矿山决策提供了科学依据和便利。 关键词 采矿 方法 露天转地下 灰局势决策 数学模型 无底柱崩 落法 The Opt i m a l Cho i c e on t he Un de r g r o un d M i ni n g M e t ho d o f EK o u I r o n M i n e S u n L i j u n Z h a n g C h e n g x i a o 。 D a i B i b o 1 ．S i n o s t e e l Ma a n s h a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h C o ． ， L t d ． ； 2 ．S t a t e K e y L a b o r a t o r y of S a f e t y a n d H e a l t h f o r Me t a l Mi n e s ； 3 ． S h a n x i B a n g t mn C h e m i c a l s Co． ， L t d ． Abs t r a c t I n o r de r t o s e l e c t t h e o p t i ma l u n de r g r o u nd mi n i n g me t h o d f o r Eko u I r o n Mi ne， t h r o u g h a na l y z i n g t he o c c u r F e nc e c o nd i t i o n o f o u t o f t h e bo u n da r y i r o n mi n e r a l s， t h e a l t e r n a t i v e s c h e me s u i t i n g for o r e mi n i n g i s r e c o mme n de d ． On t he ba s i s o f c o mpa r i n g t he t e c h ni c a l e c o n o mi c， a dv a nt a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t h e a l t e r n a t i v e， t h e g r 日 ly ma t h mo de l i s b ui l t a n d t h e o p t i ma l a l t e rna t i v e pr o g r a m i s s e l e c t e d b y u s i n g t h e g r e y s i t u a t i o n de c i s i o n， f i n a l l y c ho os i ng t h e pi l l a r l e s s c a v i n g me t h o d a s t h e be s t p r o g r a m for t h e E Xo u I r o n Un de r g r o un d Mi ni n g．Me a n wh i l e t h e a c c e s s o ry e qu i p me n t f o r t h e p i l l a r l e s s c a v i n g me t h o d i s r e c o mme nd e d．I t s u pp l i e s t h e s c i e n t i f i c ba s i s a n d c o n v e n i e nc e u nd e r t h e g r e y s i t ua t i o n de c i s i on us e d i n o p t i mi z i n g t he mi n i ng me t ho d． Ke y wo r d s Mi n i n g me t h o d， T r a n s i t i o n f r o m o p e n p i t t o u n d e r g r o u n d mi n e ， Gr e y s i t u a t i o n d e c i s i o n ， Ma t h e ma t i c a l mo d e l ， Pi l l a de s s c a v i n g mi ni n g me t h o d 峨 口铁矿系太钢 集 团 有限公司重要 铁矿石 生产基地之一 ， 是一大型露天开采 的混合型贫铁矿 床 。矿山以山羊坪背斜为界划分为南 、 北 2区。南 区以山羊坪断层即 3 8号勘探线为界划分为南东 、 南 西采场 ， 北区以山羊坪断层即 3 2号勘探线为界划分 为北东 、 北西采场 ， 4个采场均采用露天开采 。根据 矿山设计及生产规划 ， 北东采场 2 0 1 2年底 已闭坑 ， 南东采场 2 0 1 6年闭坑 ， 北西采场 2 0 1 9年闭坑 ， 南西 采场 2 0 2 1年闭坑 ， 露天境界内资源最长仅 能服务 8 a 左右 。境界外还保有大量资源 ， 矿山面临 由露天 开采转入地下开采阶段。峨 口铁矿矿产资源赋存条 件极其复杂 ， 同时矿 山要求尽量实现露天 向地下的 平稳过渡 ， 这些因素都影响着地下采矿方法的选择 。 l 峨 口铁 矿境 界外资源条件 1 ． 1 北 西境 界外 采 区 该 区域矿体主要分布于楼羊爬 向斜南北两翼。 矿体赋存标高 I 3 3 0～1 9 3 0 i n ， 矿体平均厚度 3 5 i n 。北翼矿体走 向近东西 ， 倾向 N N W， 倾角 8 5 。 左 右。南翼矿体走 向 7 0 。 左右 ， 倾 向 S S E ， 倾角 8 5 。 左 右。 1 ． 2南东境界外采区 该采区主要开采 3 8 ～ 5 6号勘探线南东露天境 界外的挂帮矿体 ， 由西 向东平行展布 ， 走 向北东东 ， 南倾 ， 倾角一般变化于 6 0 。 ～8 0 。 间 ， 整体较 陡， 矿层 平均厚 度为 5 9 ． 4 4 i n ， 矿体赋 存标 高为 1 4 0 0～ 1 8 0 0 In 孙丽军 1 9 8 O 一 ， 男 ， 工程师 ， 2 4 3 0 0 0安徽 省马鞍 山市经济技术 开发 区西塘路 6 6 6号 。 总 第 4 4 3期 金 属 矽 山 2 0 1 3年 第 5期 1 ． 3 南西西 1 8 4 0 i n以下采区 该 区域矿体 主要分 布于马鬃 山向斜南北两翼。 矿体最低赋存标高 1 4 5 0 m， 矿体厚度变化与 2 O～ 6 0 m。北翼矿体走向近东西 ， 倾 向N N W， 倾角 8 5 。 左 右。南翼矿体走向 5 0 。 ， 倾 向 S S E， 倾角 8 5 。 左右 ， 由 西 向东逐渐变厚。 1 ． 4围岩稳 固性 矿层及顶板主要围岩 、 夹石角闪片岩、 斜长 角闪岩等 比较致密坚硬 ， 抗 压强度较大 ， 稳定性较 强。而矿层底板及矿层中的部分夹层云母石英 片岩、 云母绿泥石英片岩， 片理发育 ， 结构柔软 ， 易被 风化 ， 岩层稳定性能差。 2 峨 口铁矿 地下采矿 方法优选 2 ． 1 采矿方法备选方案 峨 口铁矿境界外矿体绝大部分属于倾斜急倾斜 矿体 ， 厚度在 8 m以下及 81 5 m矿体很少 ， 绝大部 分矿体厚度均在 1 5 m以上， 部分 向 背 斜核部矿 体倾角平缓处 ， 矿体最厚可达 7 0～ 8 0 m。根据 国内 外类似矿山的开采 经验 和峨 口铁 矿的开采技术 条 件 ， 搜集并查 阅相关资料 ， 借鉴成功矿 山的经验 ， 可 将其类似矿山的采矿方法作为初步研究备选方案。 初步研究可以适应的采矿法有空场法 、 崩落法 、 充填 法 ， 具体的开采方 法包括分段空场法 、 有底柱 崩落 法 、 无底柱崩落法 、 空场嗣后充填法 。 2 ． 2备选方案比较 备选方案的比较主要针对以下几个指标 矿块 的生产能力 、 矿石贫化率一矿 石损 失率 、 矿石采切 比。将备选方案的各指标及优缺点列表进行 比较 ， 见表 1 。 表 1 备选方案的主要技术经济指标及优缺点 比较 根据以上 比较 ， 空场嗣后充填首先排除 ， 其原因 有 1 峨 口铁矿矿石平均品位 2 0 ％左右 ， 总体偏 低 ， 若采用嗣后充填 ， 虽可在挂帮矿开采时实现露天 地下同时开采 ， 但充填成本将增加。 2 总观峨 口矿山地 表总图布置情况 ， 很难找 到一个相对固定利于建设充填站 的位置 ， 而且 充填 站的建设费用高昂。 3 若采用充填法 ， 回采充填工艺复杂 ， 必须有 足够经验丰富的充填工艺及管理人员 ， 否则充填工 ． 6 0 ． 艺及管理跟不上 ， 会严重影响矿山的产量。 2 ． 3 采矿方法的多方案灰色优选 经过以上初步 比较 ， 无底柱崩落法 、 有底柱崩落 法 、 分段空场法 3种 采矿方案在 采切 比、 贫化损失 率 、 采矿直接成本等方面各有优劣 ， 工人对采矿工艺 都比较熟悉 ， 在同类矿 山成功使用实例较多。为了 综合 比较出其中的最优 ， 现利用灰局势决策进行优 化选择 。 2 ． 3 ． 1 确定事件、 对策、 局势、 目标 1 事件。确定峨口铁矿采矿方法为事件 o 。 孙丽军等 峨 口铁矿地下采矿方法优选 2 0 1 3年第5期 2 对策。 “ 对策”指初步研究的3 种备选方案。 对策 1 记为 b 无底柱崩落法 ； 对策 2 记为 b 有底柱崩落法 ； 对策 3 记为 b 分段空场法。 3 局势 。 S a ， b 峨 口铁矿采矿方法 ， 无底柱崩落法 ； S a ， b 峨 口铁矿采矿方 法 ， 有底柱崩落法 ； S a ， b 峨 口铁矿采矿 方法 ， 分段空场法 。 4 指标。① 损失率 ； ②贫化率 ； ③ 采切 比； ④ 采矿成本 ； ⑤采矿工艺难易程度 。 2 ． 3 ． 2给 出局 势 的效果样 本 局势 ．s ， 、 Js 和 5 的效果样本见表 2 。 表 2 局势 S 。 、 S 和 S 。的效果样本 2 ． 3 ． 3确认指标极性 ， 做效果测度变换 以指标 1 损失率为极小值 目标 为例。 1 下限效果测度算式 1 ， m mui r ， i 1 ， 2 ， 3 ． 1 Ui 2 效果样本见表 2 。 3 m in u 1 m i n u 1m in 1 1 ， 。1 m in 0 ． ． 2 0 ，0 ． 2 0 ，0 ． 3 3 ． 4 效果测度计算 ， 1 i 1 麓 1 ， ， r 1 『 - ， ， u 二 i 2 ， 麓 1／t ， ， r ， 一 U i_3， 0 ． 6 ． 3， r ．． ， U J J 同理得出指标 2 、 指标 3 、 指标 4 、 指标 5的效果 测 度值 ， 见 表 3 。 表 3 各指标效果测度结果 2 ． 3 ． 4建立统一测度空间 计算局势 5 的统一测度。 i1 ， S a ， b 。 1 效果测度 r 1， r 2 1 0 ． 4 4， r 1， r 41 1 ，r 5 l 1 ． 2 统一测度 5 rl∑ 1 ∑ 1 1 0 ． 4 4 1 1 1 0 ． 8 8 8 J P 1 J 同理 ， r 0 ． 5 7 4 ， r 0 ． 6 9 1 。 2 ． 3 ． 5找出最优 的对策 1 峨 口铁矿采矿方法选择统一测度空间 r r 『 r ， r ， r 1 『 0 ． 8 8 8 ，0 ． 5 7 4 ，0 ． 6 9 1 1 ． 2 满意局势与满意对策 r 中最大的统一测度 r 代表满意局势 s ， 即 S r m a x f r 1 m a x f r ， r ， r l m a x { 0 ． 8 8 8 ， 0 ． 5 7 4 ， 0 ． 6 9 1 }0 ． 8 8 8r ． 这表 明 i 1 ， 即 S a ， b 峨 口铁矿采 矿方法 ， 无底柱崩落法 。也就是说无底柱崩落法 是各指标综合后 的满意对策 ， 即最优方案。 3 装备配套选择 预计峨口铁矿地采最终规模达到 7 5 0万 t ／ a ， 为 保证达到如此大 的生产规模 ， 预期 的出矿和凿岩能 力必须保障， 类 比国内外同类型矿山， 推荐配置先进 的无轨采掘及装运设备 。 3 ． 1 凿岩设备 无底柱分段崩落法采用上向扇形 中深孔落矿 ， 为了有效地控制好 崩矿后的最大块度 和减少 大块 率 ， 为铲运机出矿及后续运矿作业的顺利进行创造 良好条件 ， 同时又能实现高效作业 ， 对采矿凿岩台车 及凿岩机的要求是必须能在孔深 3 0 1 1 1 左右 的范围 内实现高效凿岩 ， 钻凿炮孔 的准直度 高， 偏斜小 ， 同 时还要能兼顾钻凿开掘切割槽的平行炮孔 。 S i mb a H 1 3 5 4采矿 台车配 C o p 1 8 3 8型高效液压 凿岩机及 S o l o 5 7 P 或 S o l o 57 F 采矿凿岩台车配 HL 7 1 0 L S型高效液压凿岩机 ， 均 比国内所有金属矿 山目前使用的同类进 口采矿凿岩 台车及凿岩机性能 先进 ， 档次更高 ， 对生产能力和钻孔精度的保证性更 强 。 3 ． 2出矿设 备 由于无底柱分段崩落法的出矿作业是在独头进 路中进行 ， 通风条件较差 。为了减少废气污染 ， 改善 下转第 1 2 0页 61