缓倾斜厚矿体采矿方法优选及实践.pdf
第 6 8 卷第 6 期 有 色 金 属 矿山部分 2 O 1 6 年 1 1 月 d o i 1 0 . 3 9 6 9 / J . i s s n . 1 6 7 1 4 1 7 2 . 2 0 1 6 . 0 6 . 0 0 3 缓倾斜厚矿体采矿方法优选及实践 张 睿 , 刘 涛 西北矿冶研究院, 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 摘 要 根据矿体 的开采技术条件 , 提出了可应用 于此矿体 的 3种 采矿方法 方案 , 通过 AHP和 均方差法 对 3 个方案进行综合分析, 最终确定方案二为推荐方案, 即底盘漏斗中深孔落矿采矿法。对所选的采矿方法进行了试 验 , 通过试验采出 4 . O 3万 t 矿石 , 损失率 2 5 . 8 , 贫化 率 5 % , 取得 了 比较 理想 的试验 结果 , 创造 了可 观的经 济效 益 , 为缓倾 斜厚矿体采矿提供了可靠的经验。 关键 词 采矿方法 ; 缓倾斜厚矿体 ; 层次分析法 ; 均方差法 中图分类号 T D8 5 3 . 2 1 文献标 志码 A 文章编号 1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 6 0 6 0 0 0 8 0 4 Pi l l a r s t r u c t u r a l p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n o f g e n t l e i n c l i n e d t h i c k o r e b o d y mi n i n g me t h o d s b a s e d o n AHP Fu z z y M e t h o d ZH ANG Ru i ,LI U Ta o No r t h we s t I n s t i t u t e o f M i n i n g a n d M e t a l l u r g y,Ba i y i n Ga n s u 7 3 0 9 0 0,Ch i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o o r e b o d y mi n i n g t e c h n i c a l c o n d i t i o n s ,t h e t h r e e mi n i n g me t h o d s c a n b e a p p l i e d t o mi n e t h e o r e b o d y . Th e AHP me t h o d a n d me a n s q u a r e e r r o r me t h o d a r e u s e d t o ma k e a c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o n t h r e e s c h e me s ,a n d t h e n d e t e r m i n e t h e s o l u t i o n s ,t h e c h a s s i s f u n n e l d e e p h o l e s h r i n k a g e mi n i n g m e t h o d i s r e c o mme n d e d u l t i ma t e l y . Th e s e l e c t e d mi n i n g m e t h o d i s e x p e r i me n t e d . Th r o u g h t h e t e s t p r o d u c e d 4 0 3 0 0 t ,o r e l o s s r a t e i s 2 5 . 8 a n d d i l u t i o n r a t e i s 5 . Th e mi n i n g me t h o d e x p e r i me n t r e s u l t s c r e a t e c o n s i d e r a b l e e c o n o m i c b e n e f i t s a n d pr ov i d e e xp e r i e n c e f o r ge nt l e ~ i n c l i ne d t hi c k o r e bo dy mi n i n g. Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d ;g e n t l e - i n c l i n e d t h i c k o r e b o d y ;a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ;me a n s q u a r e e r r o r me t h o d 1 工 程 概 况 东升庙矿业有限责任公 司井下主要开采对象为 2 、 1 1 号矿体 , 使用的采矿方法是浅孔留矿法和分段 凿岩阶段空场法 , 这两种方法主要适用于急倾斜 和 倾斜薄到厚矿体 的开采。 目前矿山生产主要集 中在 8 0 0 1T I 中段, 随着 开 采中段的下降 , 2号矿体在 8 0 0 m东部 3 2线附近赋 存状态发生 了较大 的变化 , 倾角 由原来的 6 O 。 以上 变为 2 5 。 左 右 , 真厚度 在 1 5 m 以上 。如 果应 用 上述 两种采矿方法 , 采场 内崩落下的矿石将全部遗留在 底板上 , 不能依靠 自重下溜至底部结构内, 造成矿房 内矿石无法正常运出。根据深部勘探工程和地质报 告 , 8 0 0 I T I 中段 以下大部分矿体倾角一般 在 1 0 。 ~ 3 o 。 , 属于缓倾斜矿体 。因此 , 研究一种技术上可行 、 作 者简介 张 睿 1 9 8 7 一 , 男 , 助理工程 师, 采矿工程专业 , 主要 从事 矿山设计 、 数 字矿山等方面 的研究 。 经济上合理 、 安全可靠的缓倾斜厚矿体采矿方法对 缓倾斜矿体的开采具有重要意义。 本项 目主要针对缓倾斜厚矿体的采矿方法进行 研究 , 根据矿山实际情况和参照 国内外相似矿体采 矿经验[ 1 ] , 按照安全、 高效、 低贫损 、 低成本 、 工艺 成熟的原则选择最优的采矿方法, 并在 8 0 0 n l中段 东部 北 5 O 、 5 2 、 5 4矿 房进行 采 矿方法 试验 研究 , 从 中 总结规律 , 为缓倾斜矿体的开采提供有力技术指导 , 并在矿山推广应用。 2采 矿 方 法 初 选 根据矿体的开采技术条件 , 东矿 2号矿体缓倾 斜段概括起来具有以下特点 1 倾角 1 O 。 ~3 O 。 , 局部 有变化。2 矿体厚度较大 , 8 0 0 8 5 0 r n水平平均垂 直厚 度 1 4 m 左右 , 7 5 0 ~8 0 0 m 水 平平 均 垂 直厚 度 2 8 1T I 左右 , 属于厚矿体 3 矿体沿走 向连续性较 好 , 走 向长度 约 3 0 0 m。4 矿 体 上 下 盘 围岩 稳 固 性 较好 。5 矿体矿化边界不稳定 , 局部膨大缩小 , 矿体 第 6 期 张 睿等 缓倾斜厚矿体采矿方法优选及实践 9 厚度沿走向与倾 向均有变化。 综上所述 , 针对 2号矿体缓倾斜段赋存条件初 步拟定 出 可供 选择 的采 矿方 法 主要 有 以下 3个 方案 方 案一 中深 孔房 柱 采矿法 1 适用条件 1 围岩稳固和较稳固的矿体 ; 2 倾 角 3 0 。 以下 ; 3 矿体 真厚 度 5 m 以上 。 2 特 点 沿走 向划分 采场, 采场划分 矿房和矿 柱 , 人员在空场下完成各项作业 。采准切割工程量 不大 , 工作组织简单 , 坑木消耗少 , 通风 良好。电耙 出矿生产效率低 , 但选用大功率大斗容电耙, 矿房生 产能力较高 。矿柱矿量所 占比重较大 , 且 回收率不 高 , 增大 了损失率。用 中深孔沿矿体厚度方 向一次 回采, 不需分层 , 回采效率较 高, 可避免工人在较高 空区下作业的危险。 3 构成要素 1 阶段高度为 3 O ~5 0 m, 根据斜 长分 2 ~3个分段 ; 2 矿块 斜长主要受 电耙运距的 限制, 一般为 3 0 6 0 m; 3 采区长度一般为 3 0 , - 8 0 m, 3 ~6 个矿房 ; 4 矿房宽度波动在 5 ~1 8 m, 一般 为 6 ~1 2 m; 5 矿柱一般采用圆形和方形 。规格为 2 ~5 m, 3 m3 m~4 m4 m。矿 柱 间距为 5 ~8 1“ 12 , 个别达 8 ~1 2 m; 6 顶柱宽度一 般为 l ~3 m; 7 底柱宽度一般为 2 . 6 ~7 . 0 m; 8 分段隔离矿柱 宽度一般为 4 ~6 m。 方案二 底盘漏斗中深孔落矿采矿法 1 适用条件 1 主要适用于矿体和围岩稳固和 较稳 固的矿体 ; 2 倾角 3 O 。 以下 ; 3 矿体真厚度 1 8 m 以上 。 2 特点 矿块 沿走 向布 置, 每个 矿块底部都有 漏斗电耙道 , 顶板 岩石很稳 固时可用 空场法开采 把 阶段划分 为分段来 回采 ; 一 个或几 个分 段 留有 顶柱 , 形 成在倾 斜方 向上 的矿房 和矿 柱 。工人 不 需直接进 入采场 , 安 全性较 好 。需要 在斜 长方 向 开掘连续的底盘漏斗 , 因此 , 采掘 比相对于 中深孔 房柱法大 , 但 随着 矿体厚 度 的增加采 掘 比有所 下 降 , 相对 于 中深 孔房柱 法安 全性 高 。底 盘漏斗 中 深孔落矿采 矿法对 矿体 的倾角 、 厚 度及 矿岩 的稳 固性适应性 都 比较强 。使用 电耙 出矿 , 生产 能力 与 电耙效率 紧密相 关 , 可选用 大功 率大 斗容 电耙 以提高生产能力 。 3 构成要素 1 阶段高度为 3 0 ~5 0 m, 矿块斜 长 1 4 0 --2 1 0 m, 一 般分 2 ~ 3个 分段 ; 2 分 段斜 长 主要受 电耙运距 的限制 , 一般为 3 0 ~6 0 IT I ; 3 矿块 宽度 6 0 m, 间柱 1 5 m, 矿房 4 5 m, 划分为 3个单元 回采 ; 4 漏斗 间距 7 . 5 m, 每 段 电耙 道 设 一 个 溜 井 直通运输水平。 方 案 三 中深孔 阶段 矿房 法 1 适用条件 1 主要适用于矿体和围岩稳固和 较稳固的矿体 ; 2 倾角 3 O 。 以下 ; 3 矿体真厚度 1 0 m 以上 。 2 特点 矿块垂直走向布置 , 阶段划分为两个分 段 。在各分段水平布置漏斗底部结构及 电耙道、 短 溜井。回采工作 由顶板向底板 推进 , 采用 中深孔凿 岩设备钻凿扇形孔爆破 回采, 根据矿体形 态布置扇 形孔。矿体底盘矿石利用爆力 运搬抛 向底部漏斗, 部分矿石永久损失 , 倾角越缓 损失越大 。中深孔施 工在凿岩平巷中进行 , 工人无需进入空区, 作业安全 程度高。电耙在 电耙平巷中工 作 , 处理 电耙故 障在 巷道中。顶底柱 回收 比较困难 , 且 回收率 只能达到 6 O 左 右 。 3 构成要素 1 阶段高度为 3 O ~5 0 m, 矿块斜 长 1 4 0 - - - 2 1 0 m, 一般分 2 ~3个分段 ; 2 分段 高度 2 5 m, 分段 顶柱 4 m, 底 部漏 斗与溜井结构 1 0 1T I ; 3 矿 块宽 度 6 0 m, 矿 房 4 5 1 T l , 间柱 1 5 m。 3 评 价指标的选择及 权值 3 . 1 评价指标的选择 从经济合理 、 技术可行和安全可靠 3个方面选 取 了 6个评价指标来评判采矿方法 的优劣, 3个采 矿方法 的各评价指标值见表 1 所示 。 表 1 评价 指标 Ta b l e 1 Ev a l u at i o n i nd e x e s 3 . 2层 次分 析法 层次分析法是 2 0世纪 由美 国人萨蒂提出的 , 是 一 种能够解决系统之间多层次 、 多因素的分析方法 , 该方 法 首先将 问 题 分解 成 若 干 个 影 响 因 素 , 各 因 素 之间按照因果关系组成层次结构 , 每个 因素之间进 行两两对 比, 依次确定各因素之间的相对重要程度 , 然后求解判断矩阵 , 最终确定各指标的权重 。该方 法 可解 决定 性描 述事 件 的定量 化分 析 问题 。层次 分 析法所得的各指标权值见表 2所示 。 1 O 有 色 金 属 矿山部分 第 6 8卷 袭 2 层次分析法所得的指标权值 Tab l e 2 I nd e x we i g ht s b y AHP 指标代码 C l c 2 C 3 C 4 c 5 C 6 权值 Ⅳ,0 . 1 8 0 . 1 2 0 . 2 8 0 . 1 2 0 . 1 5 0 . 1 5 3 . 3 均 方差 法 均方差法是一种基于均方差求解多指标决策权 系数的方法 , 首先求得各指标的随机变量, 然后求出 随机指标的均方差 , 最后将均方差进行归一化处理 , 最后得出各指标的权重系数 。 设 C i 一1 , 2 , ⋯, 6 为指标集, 其 中 i 为评价指 标的顺序 , C f 1 , 2 , 3 为采矿方法集 , 其 中 『 为采矿 方法 的顺序 1 指标 的归一化处理 。首先通过最优最差的方 法 最好为 1 , 最差 为 0 ,中间为 P 确定各评价值 的归一化数值 P 其计算如公式 1 所示 , 其归一 化结 果见 表 3所示 。 P 一 1 『口l j ao j l 式中 口 为最差值 ; 口 为最优值; x 为评价指 标值 。 表 3 各评价指标归一化结果 Ta b l e 3 The no r mal i z a t i o n o f e v a l u a t i o n i nd e x e s 指 标方 法 一方 法 二3y --喜 喜 兰 C C2 C c4 C 9 .3 1 2 . 1 1 0. 4 6 l 2 1 5 1 0 .2 6 2 4 0 3 0 0 0 0 . 4 1 5 .1 8 0 . 4 2 0 好 差0 . 5 1 安全 安全差0 . 5 1 2 计算各个评价指标的均差值 E C , 计算公 式 如下 3 ∑P E C 一 uL 2 o 式 中P 为各 评 价 指标 值 的归 一 化 数值 ; E C 为各评 价指 标 的均差值 。 3 计算各评价指标的均方差值 R C , 计算公 式如下 R C 一 3 4 计算各评价指标的权值 w , 计算公式如下 w 4 ∑R C 1 各评价指标值的均差值、 均方差值和权值结果 见表 4所示 。 表 4 各指标值 均差值、 均方差值和权值结果 Ta bl e 4 Th e r e s ul t s o f me a n s qua r e e r r or v a l u e s a nd we i g ht o f a I l e v a l u at i o n i nd e x e s 指标 C1 C2 C3 C4 C5 C6 方法一方法二方法三均差值均方差值 权值 O . 1 7 O . 1 6 O . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 7 3 . 4 综合权值 根据层次分析法计算得来 的各指标权值 W 和 均方差法计算的各指标权值 w , 将两种不同类型的 赋权值方法合并 , 以弥补各 自的不足 , 其综合权值 的 计算方法见公式 5 所示。 a W 1 1一 a W r 5 式中 w, 为综合权值 ; W 为层次分 析法得 出 的评价指标权值 ; W 为均方差法得 出的评价指标 权 值 。 在采矿方法的选择中, 考虑的情况较为复杂 , 通 常和具体的工程地质条件、 矿山实际开采情况 、 技术 装备水平等都有很大关系 , 通常认 为主观性更强一 些 , 因此在本次的采矿方法优选中, 取 a0 . 6 。各 评价指标的综合权值见表 5 所示。 表 5 各评价指标 的综合权值 Ta b l e 5 The c o mpr e he n s i v e we i 【g h t s o f i nd e x e s 指标代码 c 1 c 3 C 4 C 5 c 6 权值 o . 1 8 0 . 0 8 0 . 2 o 0 . 1 4 0 . 1 3 0 . 1 6 4采矿 方 法优 选 将三种采矿方法的 6个评价指标进行归一化处 理后的结果记为评判指标值矩 阵 R, 为 R 1 0 . 4 6 0 1 O. 2 6 0 0 O . 4 1 0 . 42 O 1 O . 5 1 0 0 . 5 1 O 6 由确定的各评价指标 的综合权值 w 权重向量 和评价指标值矩阵 R 可求 出 3个采矿方法各 自的 加权总得分值 , 得分越高说明方案优越度越高, 记加 3 2 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 ● ● ● ● ● ● 0 0 O O 0 0 4 9 6 5 3 3 3 3 3 3 3 3 ● ● ● ● ● ● 0 0 O 0 O O O O l l O 0 6 6 0 O O 4 2 4 0 0 0 0 0 0 1 1 O O 2 0 O 0 O 0 4 5 5 l 1 O O 0 7 4 o 7 淦 獭搬 第 6 期 张 睿等 缓倾斜厚矿体采矿方法优选及实践 1 1 权总得分值为 , 计算如下 V R 一 [ 0 . 1 8 , 0 . 0 8 , 0 . 2 0 , 0 . 1 4 , 0 . 1 3 , 0 . 1 6 ] 1 1 O O. 4 2 O .5 O .5 7 由公式 7 可 以看 出 , 采 矿方 法 一 至采 矿方 法 三 的加 权 总 得 分 值 为 0 . 4 6 , 0 . 4 8 , 0 . 3 3 , 由于 0 . 4 8 0 . 4 6 O . 3 3 , 由此可见 , 采矿 方 法二最 优 , 即底 盘漏 斗 中深孔落矿采矿法。其采矿方法标准图见图 1所示。 5现 场 方 法 试 验 5 . 1 试 验 区域 的选 择 中深 孔 房 柱 法 采 矿 法 试 验 区段 选 择 在 8 0 0 m 中段 的北 5 O 、 5 2 、 5 4矿房 , 由于该矿 房 内 5 O和 5 4矿 体变化较大 , 本次试验矿房对其暂不考虑, 主要以北 5 2为主 , 沿倾斜方 向将矿体划分为两个矿块 开采, 从下往上分别命名 为北 5 2 1矿块 与北 5 2 2矿 块 , 本次 试验 以北 5 2 1矿块 为试 验 区 。北 5 2矿 块 地 质 品位为 Z n 5 . 5 2 % , P b 1 . 5 % , S 1 5 . 5 5 % 。2号 矿体北 5 2矿块地质剖面图见图 2 所示 。 Ⅲ一 Ⅲ l 阶段运输平巷; 2 穿脉巷道; 3 ~沿脉底盘运输平巷; 4 溜矿井; 5 一人行材料通风井; 6 凿岩巷道; l J 联络道; 7 漏斗颈; 1 2 一切割天井; 8 一斗穿; l 3 一回采炮孔 9 一电耙遭; l O 一电耙人行联络道; 图 1 底盘漏斗 中深孔落矿 采矿 法 Fi g .1 Ch a s s i s f u nne l i n d e e p h o l e s h r i nka g e mi ni n g me t ho d 、、 \ \、 \ _ \ 二 二\ _ 北5 2 一 l 、 \ \ 5 44 0 0 5 4 3 5 0 5 4 3 0 0 5 4 2 5 0 5 4 2 0 0 87 9 8 6 4 8 5 1 829 8 1 4 8 1 【 图 2 2号 矿 体 北 5 2地 质 剖 面图 Fi g . 2 Ge ol o g i c al pr of i l e of n o r t h 52 o r e b o dy 5 . 2采场 结构布 置 矿块沿走向布置 , 以北 5 2地质剖面线为中心取 矿房宽度 1 5 m, 净宽 1 2 m, 长度沿倾斜方 向根据斜 长划分 , 本次试验矿块长 5 5 m, 高为矿体实 际真厚 度 , 矿房 内每隔 8 m 留有 3 m3 m 的点柱 , 上下相 邻两矿块 中部 留有 6 m 的间柱 , 将矿 房分 成两部 分 , 上部 回采后在 8 1 4 m水 平分层集 中出矿, 试验 区 回采 后 , 在 8 0 0 m 中段 出矿 。 5 . 3采 准切 割工 作 根据 现 场 实 际情 况 , 开拓 工 程 已经 布 置 在试 验 区上盘且穿脉工程 已施工 , 因此在矿体底盘由穿脉 内直接施工上山。上 山施工 4 m 后从穿脉施工溜 矿井与上 山贯通作 为出矿 口, 之后继续施工上山与 8 5 0 m 中段贯通 。然后从溜井口沿矿体底板 向两边 施工拉底巷道及向上施工切割天井。在拉底巷道内 布置中深孔 , 以拉底巷道和切割天井为 自由面, 分段 一 次爆破 , 形成切割槽 。 5 . 4 主 要技 术 经济 指标 北 5 2 1矿块主要技术指标见表 6 。 下 转第 1 5页 ] 3 3 O 8 4 0 6 O [ 一 ]●●●●● ●,● ●, ●● ●●●, J 0 O 1 1 O O O 0 第 6期 肖 刚等 大尹格庄金矿尾砂胶结充填试验研究 1 5 上接第 1 1页 表 6 北 5 2 --1 矿块主要技 术指标 Ta b l e 6 M a i n t e c h ni c a I i nd i c a t o r s of t h e n or t h 5 2 1 o r e b o dy 因矿体发生了部分变化 , 实 际在凿岩过程中部 分中深孑 L 深入在围岩内, 引起废石混入矿石之中 , 导 致贫化率增大。矿体从下往上厚度变小 , 北 5 2 1 矿块间柱矿量 5 6 7 1 t , 占矿块矿量 l 1 , 导致此矿 块损失率高 , 在 8 0 0 m 中段回采结束后 , 利用 8 0 0 m 中段工程或者结合 7 5 0 m 中段 回采工作 回收此间 柱 , 可减少矿石损失量。 6 结 论 1 通过对开采技术条件和缓倾斜厚矿体赋存条 件进行分析 , 提出了可应用于此 矿体 的 3种采矿方 法方案 , 通过 AHP和均方差法对 3个方案进行综 合分析 , 最终确定方案二为推荐方案 , 即底盘漏斗中 深孔落矿采矿法。 2 选 择北 5 2 1矿 块 进 行 采 矿方 法 试 验 , 通过 试验 采 出 4 . O 3万 t 矿 石, 损 失率 2 5 . 8 , 贫化率 5 , 取得 了 比较理 想 的 试 验结 果 , 创 造 了可 观 的经 济效益, 为缓倾斜厚矿体采矿提供 了可靠的经验 。 3 试 验地 段 处 于 8 0 0 m 中段 , 采 矿 深 度 大 , 本 身通 风不 好 , 加 之 矿 块 生 产能 力 低 , 工 作 面 多 , 通 风 效果差 , 采矿过程中加强工作地点通风, 为作业提供 良好的环境。 4 北 5 2矿块设计可采储量 7 . 9 9万 t , 间柱点柱 矿量 1 . 4 5万 t , 按 综合损失率 2 0 %、 贫化率 5 计 算, 北 5 2矿块可采出矿石量 6 . 8 5万 t 。 参 考 文 献 E t ]尹升华, 吴爱祥.缓倾 斜 中厚矿体 采 矿方法 现状 及发 展趋 势 [ J ] .金 属矿山,2 0 0 7 1 2 1 0 1 3 . [ 2 ] 龚浩 源.缓倾 斜 中厚 矿 体 开采新 方 案 [ J ] .世 界 采 矿快 报 , 2 0 0 0 8 2 5 7 ~ 2 5 9. [ 3 ] 孙学森 , 葛启发.“ V型” 开采方式在津 巴布韦大岩墙地 区缓倾 斜薄矿体开采 中的应用 [ J ] .有色金 属 矿 山部分 ,2 0 1 4 , 6 6 2 7 1 0, l 9 . [ 4 ] 罗 亮.间隔矿柱 中深孔房柱法和条带 式矿柱浅孔房 柱法开采 缓倾斜 中厚两层 矿矿 体 E J ] .化 工矿 物 与加 工,2 0 1 2 8 3 3 3 5 . [ 5 ] 翟永 刚, 孙利清 , 石 磊 , 等.缓倾斜 中厚 矿体 的开 采现状 和发 展趋势 [ J ] .内蒙古科技与经济 ,2 O 1 2 2 2 6 6 , 6 8 . [ 6 ] 毛跃兵.缓倾斜 中厚 矿体机械化开采技术研究[ J ] .采 矿技 术, 2 0 0 8 4 7 8 . [ 7 ] 梁桂长.房柱法开采缓倾 斜中厚矿体 的应用与改进 [ J ] .有色 金 属 矿山部分 ,1 9 8 8 , 4 0 3 6 1 1 . E 8 ] 上 官廷华 , 冯荣耀 , 柳 宏川.一种 基于熵 和均方差 法综合赋权 的 K me a n s 算 法[ J ] .计算机 与现代 化,2 0 1 0 4 3 4 ~3 6 . [ 9 ]刘 辉 , 陈 日辉 , 王时彬.基于层 次分析法 和均方差法 的矿 山通 风方案优选E J ] .黄金 ,2 0 1 6 , 3 7 1 3 9 4 3 .