基于層次分析和模糊數學綜合判定的某金礦采礦方法優(yōu)選

王梓安

摘要：為解決某金礦緩傾斜復雜多變薄礦體開采問題，在采礦方法初選的基礎上，綜合運用層次分析和模糊數學綜合判定的方法，對所選5種采礦方法的安全性、通風條件、機械化程度、采切比、采場生產能力、礦石貧化率、采礦損失率與工藝復雜程度等8個指標進行定性與定量的權重計算確定最優(yōu)方案。最終優(yōu)選的采礦方案經現場工業(yè)試驗驗證，采場技術經濟指標均有較大提升?，F場試驗結果進一步驗證了層次分析和模糊數學綜合判定方法對采礦方法優(yōu)選具有工程的可行性和有效性。

關鍵詞：緩傾斜薄礦體；層次分析；模糊綜合評判；采礦方法;安全高效開采

中圖分類號：TD853.2? ? ? ? ? 文章編號：1001-1277（2023）06-0024-06

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20230606

采礦方法的選擇是一個典型的模糊決策問題，影響因素很多且具有模糊性［1-3］，如安全性、工藝復雜程度等，不能定量的表達其優(yōu)劣性，需要綜合運用模糊數學，將定性的指標構造相應的層次結構模型計算其權重值。最終運用模糊數學綜合評判法對采礦方法進行優(yōu)選，使方案的選擇更加科學、合理、可靠［4-6］。

1 工程背景

某礦山礦床產于色洛河巖群內，礦體主要位于中部巖性段的底部，其他部位的礦體極少，且規(guī)模很小。礦體嚴格受韌性剪切帶構造控制，走向近南北，傾向東，傾角15°～43°，礦化帶總體長度1 000 m，寬度最寬50 m。礦體總體走向近南北，傾向東，傾角30°，0勘探線以北的淺部礦體傾角稍陡，傾角一般為35°～40°，礦體的賦存標高為646～-20 m。

礦體大部分屬于緩傾斜復雜多變礦體，主要呈薄脈狀。國內外采礦界的專家普遍認為：緩傾斜復雜多變礦體由于受賦存條件、鑿巖、出礦、支護等方面的制約，難以實現礦體的安全、高效、經濟開采，屬于難采礦體。導致該類型礦體開采困難的原因主要有以下幾點：

1）出礦困難。礦體賦存傾角緩，一般遠小于礦石自然安息角，采下礦石既不能靠自重自行放出，也不方便采用鏟運機等無軌設備鏟出。采場出礦時，部分礦石甚至遺留在采場中，造成礦石損失。

2）頂板管理和維護困難。緩傾斜礦體開采時，大部分選用空場采礦法，方法的形式決定了需暴露一定面積的頂板，但遇到不穩(wěn)固塊段，或采場面積增大時，為確保鑿巖、出礦等作業(yè)的安全，須對采場頂板進行合理支護，但往往支護較困難，又無法保證絕對安全。

3）采準工程布置難題。緩傾斜復雜多變礦體往往受礦體賦存狀態(tài)的影響，采切工程量、采切比較大，從而造成開采成本增加，而開采成本又是決定礦山開采至關重要的因素。

該礦山利用探礦沿脈、天井等工程采用類似留礦采礦法進行過局部采礦作業(yè)，如果繼續(xù)采用原采礦方法則生產效率低、采礦損失貧化大，難以滿足礦山安全高效生產的要求。因此，開展緩傾斜復雜多變礦體安全高效開采技術試驗研究，創(chuàng)新傳統(tǒng)的緩傾斜礦體采礦技術，提高采礦機械化水平及勞動生產效率，可提高該礦山緩傾斜復雜多變礦體開采的技術水平，也對企業(yè)建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的目標具有十分重要的現實意義和指導意義。

2 采礦方法初選

通過現場調查，結合礦體賦存條件：礦體傾角45°左右，少部分急傾斜礦體；主要礦體平均厚度0.82～3.61 m，屬薄礦體。例如，Ⅱ-1號礦體平均厚度3.61 m，礦體及頂底板圍巖完整穩(wěn)固，水文地質條件

簡單，礦石價值中等，礦石部分存在結塊性，但無自燃性。根據礦山的實際情況，參考國內外該類礦體所采用的采礦方法［7-11］，提出了錨桿護頂壁式全面采礦法標準方案（方案一）、偽傾斜分條采礦法標準方案（方案二）、“V”形工作面推進全面采礦法標準方案（方案三）、爆力運礦采礦法標準方案（方案四）、留礦全面采礦法標準方案（方案五）等5種標準設計方案。

1）方案一，錨桿護頂壁式全面采礦法標準方案見圖1，其采場生產能力50 t/d，采礦損失率15 %，礦石貧化率10 %，千噸采切比96 m3/kt。

2）方案二，偽傾斜分條采礦法標準方案見圖2，其采場生產能力55 t/d，采礦損失率13 %，礦石貧化率12 %，千噸采切比85.7 m3/kt。

3）方案三，“V”形工作面推進全面采礦法標準方案見圖3，其礦塊生產能力60 t/d，采礦損失率12 %，礦石貧化率6 %，千噸采切比73.68 m3/kt。

4）方案四，爆力運礦采礦法標準方案見圖4，其礦塊生產能力150 t/d，采礦損失率15 %，礦石貧化率12 %，千噸采切比70.52 m3/kt。

5）方案五，留礦全面采礦法標準方案見圖5，其采場生產能力50 t/d，采礦損失率12 %，礦石貧化率9 %，千噸采切比25.4 m3/kt。

通過對各個方案的分析可以看出，其各有優(yōu)缺點，很難確定合理的采礦方案。因此，下一步將采用層次分析與模糊數學方法將定性和定量指標統(tǒng)一進行多因素的模糊數學綜合比較，確定最佳采礦方案。

3 采礦方法優(yōu)選

3.1 評價集與因素集的選擇

模糊數學綜合評判通過構造等級模糊子集，把反映評判對象的模糊指標進行量化，然后進行模糊決策。

評價集（v）即初選方案，對于采礦方法選擇而言，因素集（u）即影響采礦方法選擇而考慮的因素。綜合礦山的生產現場實際情況，并結合采礦方法選擇所考慮的安全因素和技術經濟因素，選擇8個指標因素。根據指標因素取值的特點，指標因素又分為定性指標和定量指標。

3.2 指標判定

評價指標選取的原則是以盡量少的指標，反映最主要和最全面的信息。根據礦山自身的開采技術條件，本文從安全、經濟、技術3個方面對評價指標進行選取。其中，由于巖石穩(wěn)固性一般，因此把采場安全性作為安全評價指標；其次對采場生產能力、礦石貧化率、采礦損失率、采切比進行分析，作為經濟評價指標；最后將通風條件、機械化程度、工藝復雜程度作為評價指標對各個方案從技術方面進行分析。由于定性指標具有模糊的特點，不同人的評判具有一定的差異性，為了使評判具有代表性、科學性，將定性指標按分數高低進行分類，見表1。根據其經驗，將定性指標進行模糊定量評價，求其平均數，即模糊定量值。

定量指標結合該礦山實際情況，采用調查問卷的方式，將各采礦方法定性指標發(fā)給礦山相關專業(yè)人員進行打分，取其平均值，最終得到定性指標和定量指標的估值，見表2。

3.3 構造因素影響評判矩陣

評判矩陣根據因素集中的8個因素指標確定，把5個方案中的因素值作為列，構成指標矩陣V。

3.4 確定各因素的權重

各因素的權重采用層次分析法確定，建立層次結構模型（見圖6），根據采礦方法選擇所考慮的準則，準則層包括安全因素和技術經濟因素兩方面。安全因素準則包括安全性、通風條件和機械化程度3個指標；技術經濟因素準則包括采切比、采場生產能力、礦石貧化率、采礦損失率、工藝復雜程度5個指標。因素重要程度判斷值見表3，準則層相對于目標層判斷矩陣見表4。

3.6 工程應用

根據優(yōu)選的采礦方案，在礦山進行了現場應用。礦體形態(tài)較復雜、礦體厚度變化大，礦體整體走向為北西，產狀較緩，傾角在37°～-45°。礦塊長度約50 m，平均厚度2.5 m，礦石平均品位2.89 g/t。由于礦體中品位分布的不均勻性，使礦體中夾石?，F，并造成局部分支復合、膨大縮小、尖滅再現現象產生。試驗礦塊地質儲量信息見表9。

試驗采場使用YT-28型手持式氣腿鑿巖機鑿上向炮孔。使用一字型硬質合金釬頭，釬頭直徑38 mm，B22中空六角釬桿，釬桿長度2.0 m。炮孔直徑40 mm，施工后孔深約1.8 m，傾角40°，傾向與礦體傾斜方向一致，按照礦體全厚一次性向前推進。爆破參數：排距1.2 m，孔間距1.2 m，采用梅花形布孔，爆破塊度見圖7，取得的主要技術經濟指標見表10。

通過采礦方法試驗研究，針對礦區(qū)緩傾斜復雜難采薄礦體開采時存在的各項難點問題，提出了留礦全面采礦法的開采方式，并進行了現場工業(yè)試驗，所完成的采礦方法試驗具有采礦回采率高、礦石貧化率低、生產能力大、地壓控制效果好等一系列的優(yōu)勢，是一種各項技術經濟指標先進、工藝合理的采礦方法。

4 結 論

1）參考國內外同類礦體開采經驗，結合礦山實際開采技術條件，初步提出了錨桿護頂壁式全面采礦法、偽傾斜分條采礦法、“V”形工作面推進全面法、爆力運礦采礦法、留礦全面采礦法5種典型方案，并對其進行了技術經濟指標描述。

2）基于層次分析和模糊數學理論，考慮各方案在安全性、通風條件、機械化程度、采場生產能力等方面的優(yōu)劣表現，通過理論分析與計算得到所提出的4種該類型典型礦體采礦方案的相對偏差C=（0.6，0.734 6，0.807 1，0.842 1，0.58），最終選擇留礦全面采礦法為最優(yōu)方案。

3）將最優(yōu)方案付諸現場實踐，在礦山進行了現場工業(yè)試驗。據統(tǒng)計：采場生產能力為70 t/d，采礦損失率為13 %，礦石貧化率為12 %，試驗結果表明，該種采礦方法回采作業(yè)安全、采場生產能力大、采礦損失率較低，能夠很好地實現礦山安全高效開采目標。

［參 考 文 獻］

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Abstract：To solve the problem of complex and variable moderately inclined thin ore body mining in a gold mine，based on the initial selection of mining methods，the method of analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation was comprehensively applied，and 8 indicators such as safety，ventilation conditions，mechanization degree，mining cut ratio，mining production capacity，ore dilution rate，mining loss rate，and process complexity were qualitatively and quantitatively weighted to determine the optimal scheme.The finally optimized mining plan was verified by on-site industrial tests，and the technical and economic indicators of the mining field were greatly improved.The on-site test results further verified the engineering feasibility and effectiveness of the analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation in mining method optimization.

Keywords：moderately inclined thin ore body;analytic hierarchy process;fuzzy comprehensive evaluation;mining method；safe and efficient mining