重新集铁矿采矿方法优化选择研究.pdf

第 5卷增刊 1 2 0 1 5 年 5 月 有色金属工程 No n f e r r o u s Me t a l s Eng i n e e r i ng Vo 1 ． 5，Su p p．1 Ma y 2 0 1 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 - 1 7 4 4 ． 2 0 1 5 ． z 1 ． 0 0 7 重新集铁矿采矿方法优化选择研究 刘立顺 ，董凯程 ，崔 松 北京矿冶研 究总院， 北京 1 0 2 6 2 8 摘 要 采矿方法的选择受诸多因素的影响， 决定着矿山生产效益， 选择安全高效的采矿方法一直是矿山生产管理的重大决策内 容。以重新集铁矿 为例 ， 在分析矿床开采技术条件的基础上 ， 提 出了三个合理可行 的采矿方法 ， 并通 过模糊 数学评价方 法对采 矿 方法进行了优选， 确定 了重新集铁矿的采矿方法为大直 径深孔 阶段空场嗣后 充填采矿法 。该 方案机械 化程度高 ， 生 产能力 大， 采 切 比小 ， 生产成本低 ， 能够满足重新集铁矿的生产需求。 关键 词 采矿方法； 大直径深孔 ； 模糊数学 ； 评价指标 中图分类号 T D 8 6 1 ． 1 文献标 志码 A 文章编号 2 0 9 5 ． 1 7 4 4 2 0 1 5 S 0 -0 0 2 4 - 0 4 Re s e a r c h o n Op t i mi z a t i o n o f Mi n i n g Me t h o d i n Z h o n g x i n j i I r o n Mi n e L I U Li s hu n，DONG Kai c h e n g，CUI S on g B e ij i n g G e n e r a l R e s e a r c h 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 e ij i n g 1 0 2 6 2 8 ，C h i n a Abs t r a c t Th e s e l e c t i o n o f mi n i n g me t h o ds i s a f f e c t e d b y s e v e r a l f a c t o r s． a n d i t d e t e r mi n e s t h e p r o d uc t i o n b e n e f i t o f a mi n e ． S e l e c t i n g a s a f e a n d e f f i c i e n t mi n i n g me t h o d ha s a l wa y s b e e n a n i mp o r t a n t d e c i s i o n f o r t h e mi n e m a n a g e r s ．T a k i n g Z h o n g x i n j i I r o n M i n e a s a n e x a m p l e ，t h i s p a p e r p r o p o s e s t h r e e f e a s i b l e mi n i n g me t ho d s o n t he ba s i s o f t h e a na l ys i s o n o r e b o d y mi n i n g c o n d i t i o n s，s e l e c t s a b e t t e r o n e t h r o u g h f u z z y ma t h e ma t i c s o p t i mi z a t i o n，a n d de t e r mi n e s t o a d o p t t h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g c u t a n d fil l a n d l a r g e - d i a me t e r l o ng h o l e mi n i n g me t h o d，wh i c h ha s a hi g h me c h a n i z a t i o n d e g r e e，l a r g e p r o d uc t i o n c a p a c i t y，l o w mi n e d t o n n a g e r a t i o，a n d l o w p r o d u c t i o n c o s t ，S O i t c a n me e t t he p r o d u c t i o n d e ma n d o f Z h o n g x i n j i I r o n Mi n e ． Ke y wo r d smi n i n g me t h o d；l a r g e d i a me t e r l o n g h o l e；f uz z y ma t he ma t i c s；e v a l ua t i o n i n d e x 矿山生产和建设 的核心是采 矿方法 ， 安 全、 高 效、 合理的采矿方法不仅能较好地满足矿山生产和 建设 的需 要 ， 也 能 为 矿 山合 理 规 划 、 经 济 开采 、 安 全 生产打下扎实 的基础 。由于采矿活动 的特殊复 杂 地质 条件 ， 采矿 方法 的选择 影 响 因素 众多 ， 需 进行 综合 比较分析 。本文以重新集铁矿为例 ， 根 据矿 床开采条件 ， 提出可行的采矿方法 ， 在此基础上进行 综 合优选 。 重新 集 铁矿位 于霍 邱县 马 店镇 北 东 4 k m， 霍 邱 铁矿区的最南端 ， 北端与吴集铁矿床 、 环山铁矿床相 毗邻。矿 区西侧 3 k m处 为 1 0 5国道 ， 沿 国道 向北 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 3 - 0 7 基 金 项 目 “ 十 二 五”国 家科 技 支 撑计 划 项 目 2 0 1 2 B A B 0 1 B 0 1 ， 2 0 1 3 BAB O 2B 0 5 作者简介 刘立顺 1 9 8 6 一 ， 男， 湖北广水人， 工程师 ， 硕士， 采矿工 程专业 ， 主要研 究方 向为采矿 工艺 研究 与设计 、 矿 山岩 石力学 、 矿山生产安 全。 7 5 k m达阜阳， 向南 7 0 k m与 3 l 2国道 、 宁一西铁路 相连 ， 距离矿区最近的火车站为京九线阜 阳车站和 宁西 线姚 李 车站 。 1 开采技 术条件 重新集铁矿地表不允许塌 陷， 矿床埋藏于当地 侵蚀基准面及地下水位 以下 ， 无大的地表水体 ， 地下 水 头有 较大 的静 水 压 力 ， 各 岩层 间地 下 水 相 互 联 系 较强 ； 矿床水文地质类型为以裂隙、 岩溶水和岩溶孔 隙水含水层充水为主 ， 水文地质条件属于复杂型 的 矿床。矿床为松散软弱岩层一坚硬 、 半坚硬层状 矿 床工程地质类型 ， 矿床构造复杂 ， 在矿床 1～8线间 见一断层通过 ， 岩芯破碎 ； 风化作用较强 ， 裂隙、 岩溶 发育 ； 部分矿体及顶板较 软弱破碎 ， 稳定性差 ； 矿床 的工程地质程度属中等偏复杂类型。 重新集铁矿矿床分为两个含矿带 ， 上部 I 矿带 增 刊 1 刘立顺等 重新集铁矿采矿方法优化选择研究 分布在矿床东侧 ， 南北走 向长 3 6 5 0 m， 东西水平宽 7 5～ 2 7 0 m， 平均宽度 1 0 3 m， 矿体倾角 4 0 。～ 9 0 。 ， 平 均倾角 7 5 。 。下部 Ⅱ矿带分布在矿床西侧 ， 南北走 向长 3 5 9 5 m， 东 西 水平 宽 4 3～ 2 0 5 m， 平 均 宽 度 9 3 m， 矿体倾角 3 5 。～ 9 0 。 ， 平均倾角 7 2 。 。 I矿带 与 Ⅱ 矿带 之 间 的隔层厚 度 为 1 1 ～ 9 0 m， 平 均 4 4 m。矿石 主要为闪石类石英磁铁矿和石英磁铁镜铁矿 ， 顶板 主要为白云石大理岩 ， 底板为含铁大理岩、 蛇纹石大 理岩 、 片岩与片麻岩 ， 夹石主要为混合花 岗伟 晶岩 、 混合花岗岩和白云石大理岩等 ， 各类岩石 总体稳 固 性尚好 ， 但是部分岩石稳定性较差 。 2采 矿 方 法研 究 根据开采技术条件 ， 采用崩落采矿法开采重新 集铁矿将破坏地表及第 四系土层 、 大范围占用土地 ， 需要搬迁村庄等 ， 给环境带来较大的破坏。同时 ， 由 于第 四系及地表水丰富， 使用崩落法将会面临较严 重 的地 下水威 胁 ， 重 新集 铁 矿 可 行 的采 矿 方 法 为充 填采矿法。根据重新集铁矿的矿体赋存条件和建设 条件， 适合的采矿方法如下 1 大直径深孔 阶段空场嗣后充填采矿法 采场垂直 矿体走 向布置 ， 采场长度 不超过 5 0 m。根据 回采顺序将采场划分 为矿房和矿柱 ， 矿房 、 矿柱的宽度都为 1 5 m。生产 中段 的底部出矿结构 为 堑沟 式平底 出矿 结构 ， 出矿 方 式 为 双 侧 进路 出矿 方式 ， 凿岩硐室在完成本中段 的生产作业 之后作 为 上 中段 的 受 矿硐 室 。矿 石 运 输 通 过 矿 石 溜 井 溜 放至中段运输巷道。矿房采空 区采用 尾砂胶结充 填 ， 矿柱 采用 尾砂 充填 。 2 分段凿岩阶段 出矿空场嗣后充填采矿法 采场沿矿体走 向布置 ， 划分矿房矿柱， 矿房 、 矿 柱的尺寸相同， 矿 块高 6 0 m， 分段高 3 0 m 凿岩高 度 ， 宽度为矿体厚度 ， 长 6 0 m， 沿矿体走 向每 8 0 m 设一 条矿 石溜 井 和通风 天井 。出矿水 平沿 脉巷 道沿 矿体走向布置 ， 与采区斜坡道相通 ， 装矿进路端部布 置堑沟， 切割平巷布置在堑沟拉底巷道端部 ， 切割天 井布置在采场端部 ， 切割槽在切割天井 的基础上通 过 自由面爆破 形成 。采 场 中深孔 凿岩 采用 液压 凿岩 台车 ， 爆破崩矿 以切割槽为 自由面， 崩落矿石通过底 部出矿进路铲装运出。矿房采用尾砂胶结充填 ， 矿 柱采 用尾 砂充填 。 3 分段凿岩分段出矿空场嗣后充填采矿法 上盘施工 中段 间回风天井 ， 回风天井尺寸 2 ． 0 m 2 ． 0 m， 下盘脉外施工盘区斜坡道连通各分段平 巷 ， 分段平巷巷道 的尺寸为 4 ． 0 m 3 ． 6 m。从分段 平巷 向采 场掘 进分 段 凿 岩 巷 道 ， 分 段 凿 岩 巷道 尺 寸 4 ． 0 m3 ． 6 m。切 割平 巷 布 置 在平 底 结 构 端 部 ， 切 割天井布置在平底结构端部 ， 切割天井 与上阶段 的 回风巷连通 ， 作 为充填时 的回风井使用 。每分段在 回采结束后即进行尾砂胶结充填 ， 充填体充至上一 分段凿岩巷道底板标高 ， 以保证下一步骤回采通风。 采场开采完毕后对采空 区及时充填 ， 防止采场回采 结束后采空区大面积垮落。 3采 矿 方 法优 选 3 ． 1采 矿方 法综 合对 匕 对适合重新集铁矿的采矿方法进行技术经济指 标综 合对 比 ， 见表 1 。 表 1 技术 指标 综合 比较 表 Ta b l e 1 Co mp r e h e ns i v e c o mp a r i s o n o f t e c h ni c a l i n d e x 2 6 有色金属工程 第 5卷 从 三种 采 矿方 法 的技 术 指 标 综 合 对 比 可 以 看 出， 大直径深孔 阶段空场嗣后充填采矿法 的矿石损 失率和矿石贫化率高于其他两个方 法， 其余定量指 标 优 于其他 两个方 法 。大直 径深 孔 阶段空 场 嗣后充 填采矿法对矿体形态要求较高 ， 分段凿岩 阶段出矿 空场 嗣后 充填 采矿法 和分 段凿 岩分 段 出矿空 场嗣 后 充 填采 矿法 的施工 组织 复杂 。 3 ． 2采矿方 法模糊 优选 为选 出安全高效的采矿方法 ， 利用模糊数学理 论对 重新 集 铁 矿 采 矿 方 法 进 行 优 选 。模 糊 数 学 评价选取 6个定量评价指标 综合生产能力 、 采准切 割 比、 矿石损失率 、 矿石贫化率 、 采准切割成本 、 采矿 综合成本， 2个定性评价指标 对矿体适应性 ， 实施难 易程度 。各 采矿方法 的模 糊评价指标 比较见表 1 。 由表 1 可得 ， 定 量指 标 的特征 向量矩 阵 为 yl 一 6 4l 0 5 3 ． 63 8 5 9． 5 5 8 5． 2 3 8 0 5 9 ． 38 5 4 1 9 ．1 6 86 ． 7 2 9 0 6 9． 1 3 6 4． 5 2 0 ． 8 6 8 7 ． 9 规格 化定量 指标 特征 向量 矩 阵 Rl 一6 1 1 0． 6 2 5 0． 8 0 0 1 1 0． 9 2 7 0． 9 0 3 1 1 0 ． 49 8 0． 98 3 0． 7 O7 0． 7 7 6 0 ． 8 3 3 0 ．8 8 9 0． 45 8 0． 9 6 9 参照语气算子与定量标度相对隶属度关系表选 取 定性 指标 的特 征值 。 对矿体适应程度的特征值向量为 R [ 0 ． 1 7 6 0 ． 5 3 8 1 ] 实施难易程度的特征值向量为 R [ 1 0 ． 6 6 7 0 ． 4 2 9 ] 由此可 得综 合隶 属度 矩 阵 R 1 1 0 ． 6 2 5 0 ． 8 00 1 1 0．1 7 6 1 0． 9 2 7 0 ． 9 03 1 1 0． 49 8 0 ． 9 83 0 ． 5 38 0． 6 67 0． 7 0 7 0 ． 7 76 0． 8 3 3 0． 8 8 9 0． 4 5 8 0 ． 9 69 1 0． 42 9 根据专家评估 系统确定各指标因子的权重向量 为 ∞ 1 0 ． 5 3 8 0 ． 4 2 9 0 ． 5 3 8 0 ． 5 3 8 1 1 0 ． 2 1 2 0 ． 2 9 0 对其进行归一化处理 ， 得到权重矩阵 ∞ 0 ． 1 1 8 4 0 ． 0 9 4 4 0 ． 1 1 8 4 0 ． 1 1 8 4 0 ． 2 2 0 0 0 ． 2 2 0 0 0 ． 0 4 4 6 0 ． 0 6 3 8 根据隶属度矩 阵和权重矩 阵， 计算可得采矿方 法 的隶 属度 向量 为 r 0 ． 8 9 3 5 0 ． 8 2 5 2 0 ． 7 4 8 8 通过 以上分析计算可知， 选择大直径深孔阶段 空 场嗣后 充填 采矿 法开 采重 新集 铁矿 是最 优 的 。 3 ． 3最 优方 法生 产工 艺 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法见图 1 。 大直 径深 孔 阶段空 场嗣 后充 填采 矿法炮 孑 L 施工 采用台车凿岩以提高作业效率 ， 钻孔直径 q 1 6 5 m， 孔 深 4 5～ 5 5 m。为保证 爆 破质 量 ， 凿 岩 时要 求 采 场 内边孔 的偏斜率小 于 5 ％ ， 采场 内中间孔的偏斜率 小 于 3 ％ 。 矿房 内的炮孔布置参数为 中间孔 3 ． 0 m X 3 ． 0 n a ， 边排 孔 2 ． 2～ 2 ． 5 i n2 ． 02 ． 2 m； 矿 柱 内的炮 孔 布 置 参 数 为 中 间孔 3 ． 0 m x 3 ． 0 m， 边 排 孔 2 ． 7～ 3 ． 0 m 2 ． 5 m。矿房边排 孔距 离采场 边界 0 ． 6～ 0 ． 8 m， 矿柱边排孔距离充填体边界 1 ． 61 ． 8 n l 。矿 房采用光面控制爆破技术 ， 矿柱采用松动爆破技术 ，