曾凌方

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司)

緩傾斜厚大礦體采礦方法優(yōu)化

曾凌方

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司)

某礦體形態(tài)復(fù)雜、開采難度大，初選3種基本的采礦方法，進行綜合經(jīng)濟指標分析對比，同時建立影響采礦方法選擇因素的隸屬度關(guān)系結(jié)構(gòu)模型，運用粗糙模糊集理論對采礦方法進行優(yōu)選，得出最優(yōu)、可行的采礦方法為分段空場嗣后充填法。應(yīng)用證明粗糙模糊集理論在采礦方法的優(yōu)選中是切實可行的，對解決類似工程問題具有一定的實際意義。

采礦方法 粗糙模糊集理論 隸屬度 模糊決策

正確的采礦方法有利于提高礦石的回采率、降低貧化率、減少掘進工程量、提高生產(chǎn)效率、降低材料消耗量，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，采礦方法的優(yōu)選在礦山企業(yè)生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。礦體賦存條件錯綜復(fù)雜，采礦方法選擇過程中影響因素非常廣泛和模糊。傳統(tǒng)的采礦方法選擇是根據(jù)主要經(jīng)濟技術(shù)指標對比分析得到最佳方案，但難以從環(huán)境、安全、社會等因素進行全面的評價。目前，采礦方法優(yōu)選向數(shù)值化、定量化發(fā)展，其中模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法應(yīng)用較為廣泛，在收集大量類似礦山樣本的條件下，合理地確定隸屬度和權(quán)值，將各個影響因素綜合考慮在系統(tǒng)中，既能達到明顯的比較效果，又符合人類的思維模式[1]。

1 原采礦方法及存在問題

某礦為國內(nèi)大型有色金屬礦山，主要開采對象為急傾斜細脈帶礦體和緩傾斜91#、92#礦體，至今已開采30余a。隨著采礦技術(shù)的進步和生產(chǎn)能力的提高，應(yīng)用的采礦方法隨之變化。目前礦山采用組合式崩落法開采，存在主要問題是回收率低和貧化率高。分析主要原因為崩落法采用階段大爆破，爆破效果不佳，導(dǎo)致礦石飛濺，同時每次崩落跨度為50余m，爆破后的采空區(qū)面積達4 000 m2以上，導(dǎo)致空區(qū)在短時間內(nèi)冒落，礦石回收率僅為20%～30%，損失率高達70%～80%；西南盤區(qū)礦體為多層礦,形態(tài)變化大,且包含夾石和表外礦，采用崩落法不能有效剔除夾石和表外礦，致使出礦品位僅為Sn 0.2%左右；生產(chǎn)任務(wù)重，常常選擇礦石品位高和厚度大的地段生產(chǎn)，導(dǎo)致無序開采的局面較嚴重。隨著92#礦體轉(zhuǎn)入深部開采，上部存在大量采空區(qū)及大范圍冒落區(qū)，地壓控制問題必然更加突出，如何選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，有效降低采礦損失率和貧化率，提高出礦品位，安全高效采礦，是目前礦山面臨的重要問題。

2 開采技術(shù)條件

該礦92#礦體走向西南，傾向西北，向北東方向側(cè)伏，呈南高北低、西高東低展布。目前在405 m以下北段部分的資源總量為981.82萬t，儲量級別為122b，礦體東西走向長680 m，南北傾向長830 m，傾角為15°～25°，礦體最小厚度為1 m，最大厚度為71 m，平均厚14.7 m，平均地質(zhì)品位為Sn 0.74%，礦體中含有部分夾石和表外礦。根據(jù)礦區(qū)提供地質(zhì)剖面圖對礦體的產(chǎn)狀進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。結(jié)果表明，92#礦體屬于緩傾斜中厚及厚大礦體。本文采礦方法的研究只針對92#礦體405 m以下北段部分的緩傾斜厚大礦體。

表1 礦體形態(tài)統(tǒng)計結(jié)果

3 采礦方法選擇

3.1 采礦方法初選

根據(jù)礦山開采技術(shù)條件及礦山建設(shè)現(xiàn)狀與裝備水平，同時參考國內(nèi)外同類礦體開采經(jīng)驗，可用于92#405 m以下北段礦體的采礦方法有分段空場嗣后充填采礦法、分段充填采礦法、房柱嗣后充填采礦法、階段大直徑深孔落礦嗣后充填采礦法、上向水平分層充填采礦法[2-3]。

對于礦區(qū)厚大礦體，為有效控制貧化和損失，提高出礦品位，盡量回收資源，選擇采礦方法時主要考慮采礦方法對夾石是否具有篩選、剔除能力。通過綜合分析，可供選擇的采礦方法有分段空場嗣后充填采礦法、低分段充填采礦法和上向水平分層充填采礦法。

(1)分段空場嗣后充填采礦法(方法Ⅰ)。沿礦體傾向方向劃分礦房、礦柱，采場長軸方向為礦體走向，采用分段鑿巖，階段出礦，嗣后充填。因研究區(qū)域地壓環(huán)境復(fù)雜，上部存在未充填采空區(qū)及垮落區(qū)，且為保護上部已有巷道工程，將盤區(qū)礦柱南北向布置，采場設(shè)計寬14 m，長80～100 m。

(2)低分段充填采礦法(方法Ⅱ)。沿礦體傾向劃分礦房、礦柱，采場長軸方向為礦體走向，不設(shè)底部出礦結(jié)構(gòu)，根據(jù)礦體垂直厚度，采用單分段或分兩段回采，分段充填。礦房及礦柱寬度均為14 m，長80～100 m，最大分層空頂高度為8～8.5 m。

(3)上向水平分層充填采礦法(方法Ⅲ)。該法與低分段充填法一樣，既可用于中厚礦體的開采，也可用于厚大礦體開采。根據(jù)礦體厚度劃分礦塊，從下往上逐層回采、充填，崩落礦石采用鏟運機鏟裝，卸入采場溜井。中段高50 m，分段高10 m，分層高3～4 m。當(dāng)?shù)V體厚度大于15 m時，垂直礦體走向劃分采場，采場寬14 m，長度為礦體厚度；當(dāng)?shù)V體水平厚度較大時，實行分區(qū)回采。

3.2 經(jīng)濟效益對比分析

根據(jù)采礦方法的初選結(jié)果，綜合分析比較各采礦方法的技術(shù)可靠性、開采安全性和經(jīng)濟效益評估，以確定最優(yōu)采礦方法。3種采礦方法技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)果見表2。可知，分段空場嗣后充填采礦法為最優(yōu)。

3.3 最優(yōu)方案的確定

3.3.1 重要度計算

為滿足粗糙集建模方法的假設(shè)條件，即建模數(shù)據(jù)要覆蓋系統(tǒng)輸入空間，必須保證足夠的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)的有效性。將金嶺鐵礦候莊礦區(qū)的充填采礦法、銅山銅礦前山礦體的分段崩落法、Iscaycruz礦的碎石膠結(jié)充填法及別列佐夫卡金礦的房柱法等國內(nèi)外21個典型礦山正在使用的采礦方法進行貧化率、損失率、生產(chǎn)效率、安全性、環(huán)保、成本6個指標分析和綜合比較，得出影響采礦方法選擇的各因素重要度分別為R=(Rp，Rx，Rs，Ra，Rh，Rc)T=(0.102 1，0.135 1，0.162 2，0.316 2，0.118 2，0.166 2)T。

3.3.2 隸屬度計算

將初選和技術(shù)經(jīng)濟比較后的采礦方法進行粗糙模糊理論優(yōu)選，其評價的指標有貧化率、損失率、生產(chǎn)效率、安全性、環(huán)保、成本。由于回采方法各指標的單位不同，為具有可比性，首先對其進行無量綱化處理，將各指標值用[0，1]區(qū)間中的數(shù)值表示，這個數(shù)值稱為評價因素的隸屬度[4]，采用線性函數(shù)法和二元對比排序法確定隸屬函數(shù)[5-6]。

(1)線性函數(shù)法是對模糊概念的一種定量描述方法，計算公式如下：

(1)

式中，Aij為i種采礦方法j指標的隸屬度；fij為i種采礦方法j指標值；fjmax為各采礦方法j指標的最大值。

表2 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟比較

(2)對無法定量描述的指標，往往采用二元對比排序法確定其隸屬函數(shù)，即是給任意一對因素(ui，uj)，若ui具有某種特性的程度為fuj(ui)，那么uj具有這種特性的程度為fui(uj)。

(2)

經(jīng)同趨勢歸一化后得各采礦方法相應(yīng)指標的隸屬度，結(jié)果見表3。

表3 采礦方法各指標隸屬度

由此得出隸屬度矩陣

3.3.3 綜合評價

綜合評價是在考慮多種因素的影響下對某事物作出的綜合決策。對于綜合評判問題的數(shù)學(xué)描述為

B=AR.

(3)

經(jīng)計算可得各采礦方法的綜合評價向量，結(jié)果見表4。

由表4可知，對于厚度大于15 m，含夾石、表外礦少的礦體的采礦方法評價向量B=(0.957 1，0.9112，0.9101),即各方法優(yōu)先順序為分段空場嗣后充填采礦法、低分段充填采礦法、上向水平分層充填采礦法。

表4 采礦方法評價向量

4 結(jié) 語

依據(jù)92#礦體的開采技術(shù)條件、生產(chǎn)現(xiàn)狀及國內(nèi)外類似礦山的開采經(jīng)驗，對可用于92#礦體采礦方法進行分析和技術(shù)經(jīng)濟指標比較，同時運用粗糙模糊集理論對各采礦方法進行了綜合評判。無論從經(jīng)濟效益比較，還是運用粗糙模糊集理論方法進行優(yōu)選，所得結(jié)果均一致，即針對厚度大于15m，含夾石、表外礦少的緩傾斜厚大礦體，最適合的采礦方法為分段空場嗣后充填采礦法。粗糙模糊集理論對采礦方法優(yōu)選是科學(xué)的、可行的，具有一定的借鑒意義。

[1] 史太祿，任鳳玉，李文增.模糊數(shù)學(xué)在采礦方法優(yōu)選中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2007(1)：35-39.

[2] 王運敏.現(xiàn)代采礦手冊：中冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[3] 《采礦手冊》編輯委員會.采礦設(shè)計手冊：第4卷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[4] 劉大兵，周士霖，齊兆軍.基于模糊數(shù)學(xué)采礦方法優(yōu)化研究[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2010，18(6)：42-44.

[5] 曹 帥，宋衛(wèi)東，朱先紅，等.高海拔地區(qū)急傾斜薄礦體采礦方法優(yōu)選[J].金屬礦山，2013(2)：14-17.

[6] 淡永富.模糊數(shù)學(xué)在金礦采礦方法選擇中的應(yīng)用[J].有色金屬設(shè)計，2003，30(2)：11-16.

Optimization of the Mining Method of Slowly Inclined Large and Thick Orebody

Zeng Lingfang

(Changsha Engineering & Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy)

The form of a orebody is complex and the orebody mining is difficult. Three basic mining methods are selected preliminarily to conduct analysis and comparison of comprehensive economic indicators, and the membership relationship structure model that influence the selection factors of mining method is established. So the optimal and feasible mining method is sublevel open stoping afterwards filling method which is selected based on rough fuzzy set theory. The application results show that, the optimization selection of mining method based on rough fuzzy set theory is feasible, and it can provide some reference for dealing with the similar engineering problems.

Mining method, Rough fuzzy set theory, Degree of membership, Fuzzy decision

2014-10-18)

曾凌方(1981—)，男，工程師，碩士，410011 湖南省長沙市芙蓉區(qū)解放中路199號。