高 進(jìn)

(大冶有色金屬股份有限公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦北緣采礦方法優(yōu)化比較

高 進(jìn)

(大冶有色金屬股份有限公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦北緣采用的壁柱式上向水平分層尾砂充填法是在當(dāng)時(shí)銅價(jià)格不到2萬元/t情況下，主要從提高生產(chǎn)能力考慮而設(shè)計(jì)采用的。目前銅價(jià)格基本穩(wěn)定在6萬元/t以上，顯然原設(shè)計(jì)已很不合理，通過分析對(duì)比點(diǎn)柱式上向分層充填、壁柱式上向水平分層尾砂充填、上向水平分層進(jìn)路充填的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)以及模糊數(shù)學(xué)方法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，得出了使用上向水平分層進(jìn)路充填法在北緣礦體更優(yōu)化的結(jié)論。

采礦方法選擇;模糊數(shù)學(xué)方法;豐山銅礦

0 前言

豐山銅礦位于湖北省陽新縣富池鎮(zhèn)，是一座開采了近30年的中型老礦山。豐山銅礦井下開采分為南、北緣礦帶兩個(gè)部分。北緣原設(shè)計(jì)為上向水平分層尾砂和膠結(jié)充填法，即礦柱膠結(jié)充填、礦房尾砂充填的兩步驟回采方法，由于該采礦方法工藝復(fù)雜、礦塊生產(chǎn)能力低、成本高等原因，1985年改為上向水平分層點(diǎn)(條)柱尾砂充填法，該法因礦石損失較大，安全性較差，2003年已在北緣－150 m中段試驗(yàn)采用壁柱式上向分段尾砂充填法。北緣生產(chǎn)能力初期為500 t/d，目前已基本達(dá)到900～1000 t/d。

由于目前豐山銅礦北緣所采用的壁柱式尾砂上向分段充填采礦方法存在工藝復(fù)雜、礦塊生產(chǎn)能力低、成本高、礦石貧化損失大，安全性較差等問題。為確保礦山生產(chǎn)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展必須對(duì)豐山銅礦深部回采和充填的工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定合理的工藝參數(shù)和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為生產(chǎn)管理提供依據(jù)。

1 開采技術(shù)條件

北緣主礦體為501號(hào)礦體，呈似層狀、透鏡狀分布于7～21線，其中11～13線間礦體連續(xù)性較差。礦體走向7～16線300°左右，17～19線轉(zhuǎn)為225°，19～21線為東西向，礦體傾向從東往西由南西轉(zhuǎn)向南東，再轉(zhuǎn)為南。傾角變化大，一般在55°～75°之間。礦體出露起伏變化大，位于+65～－400 m標(biāo)高。礦體厚度變化大，沿走向、傾向均具有脹縮現(xiàn)象，最厚達(dá)50 m，一般厚度在6～15 m之間。礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀嚴(yán)格受接觸帶形態(tài)、產(chǎn)狀的控制。礦體主要由矽卡巖型礦石組成，部分地段由大理巖型礦石和少量的花崗閃長斑巖型、角礫巖型礦石組成。礦體平均品位0.84%，沿礦體走向－7～8線、14～－14線、17～－17線銅品位較高，其它地段銅品位偏低;礦石類型中，以矽卡巖中銅品位較高，大理巖型、花崗閃長斑巖型、角礫巖型礦石中銅品位較低，總之，501號(hào)礦體強(qiáng)化強(qiáng)度偏弱。上盤圍巖為花崗閃長斑巖，下盤圍巖為大理巖。

概括起來，豐山銅礦北緣礦床礦體的賦存狀態(tài)和開采技術(shù)條件具有以下特點(diǎn):

(1)傾角較大，礦體傾角一般為65°及以上;

(2)厚度中厚，礦體厚度平均為15 m左右;

(3)礦體底板穩(wěn)固，但頂板圍巖較破碎，不穩(wěn)固;

(4)礦體中穩(wěn)至不穩(wěn)固;

(5)礦體連續(xù)性較好;

(6)地表不允許崩落，地下采空區(qū)必須充填處理。

2 北緣采礦方法選擇

根據(jù)豐山銅礦礦體賦存條件，對(duì)優(yōu)化選擇的采礦方法進(jìn)行典型方案設(shè)計(jì)。典型礦塊參數(shù)確定為:礦體平均傾角65°，礦體平均厚度15 m(對(duì)應(yīng)水平厚度約16.55 m)，中段高度60 m。

(1)方案Ⅰ，點(diǎn)柱式上向分層充填采礦法。先將礦塊劃分成若干采場(chǎng)，在有兩幫圍巖及點(diǎn)柱支撐的礦石頂板下，以充填體作為工作底板，上向分層逐層回采、充填作業(yè)，崩落礦石采用小型鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)至采場(chǎng)溜井，典型方案見圖1。

圖1 點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法典型方案

(2)方案Ⅱ，壁柱式上向水平分層尾砂充填采礦法。將礦塊劃分成采場(chǎng)，上向分層逐層回采、充填，以充填體作為下分層作業(yè)的工作底板，崩落礦石采用小型鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)至采場(chǎng)溜井。先回采礦房，礦房與礦房之間留有條形礦柱。在礦體上盤圍巖不穩(wěn)固段留1 m的連續(xù)護(hù)壁柱保護(hù)上盤圍巖，礦房回采結(jié)束后，在礦體穩(wěn)固的情況下將條形礦柱進(jìn)行部分回收，形成點(diǎn)柱，整個(gè)采場(chǎng)回采結(jié)束后進(jìn)行充填。典型方案見圖2。

圖2 壁柱式上向水平分層充填采礦法典型方案

(3)方案Ⅲ，上向水平分層進(jìn)路充填采礦法。將礦塊劃分成采場(chǎng)，對(duì)整個(gè)采場(chǎng)而言，每分層劃分成若干進(jìn)路，以進(jìn)路為單元，各進(jìn)路間隔回采、充填，并以分層方式由下向上逐層回采。一期進(jìn)路隔一采一，二期進(jìn)路充二采一，待一期進(jìn)路充填養(yǎng)護(hù)足夠時(shí)間之后，再回采二期進(jìn)路。整個(gè)分層各采場(chǎng)進(jìn)路回采充填完后，再回采上分層進(jìn)路。由于每條進(jìn)路回采后，都及時(shí)進(jìn)行了充填，有效地控制了頂板暴露面積與暴露時(shí)間。典型方案如圖3所示。

圖3 上向水平分層進(jìn)路充填采礦法典型方案

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)豐山銅礦北緣礦體開采技術(shù)條件及工程現(xiàn)狀，對(duì)方案Ⅰ、方案Ⅱ和方案Ⅲ進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)缺點(diǎn)比較，見表1和表2。

表1 北緣各采礦方法方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

表2 北緣各采礦方法方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 采礦方法最優(yōu)方案的確定

參照有關(guān)文獻(xiàn)，建立模糊數(shù)學(xué)模型。影響采礦方法選擇的因素很多，根據(jù)豐山銅礦的具體情況，采礦方法選擇主要考慮以下幾個(gè)因素:安全因素(B1)、經(jīng)濟(jì)因素(B2)、資源因素(B3)、效率因素(B4)，各層次諸因素間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 采礦方法選擇影響因素的層次結(jié)構(gòu)

各分指標(biāo)(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)對(duì)總目標(biāo)A的權(quán)重分配值可由表3計(jì)算求得。

由表3 可知，W=(0.15，0.11，0.12，0.11，0.140.14，0.11，0.12)。

由初選結(jié)果可知，決策論域{方案Ⅰ，方案Ⅱ，方案Ⅲ}，影響采礦方法選擇的主要因素集合為V={頂板安全C1，通風(fēng)條件 C2，采礦成本 C3，采切比C4，損失率C5，貧化率 C6，采礦工效 C7，生產(chǎn)能力C8}。上述各因素中定量指標(biāo)參考本礦和國內(nèi)外類似礦山選取，定性指標(biāo)則由專家按最差、差、較差、中等、較好、好、最好7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)比，各因素的權(quán)重值見表3，各方案的主要因素評(píng)價(jià)見表4。

表3 因素權(quán)重W值計(jì)算

表4 各方案主要因素評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)指標(biāo)值單位不同，為具有可比性，首先需要無量綱化，之后可構(gòu)成一個(gè)評(píng)價(jià)矩陣R，其中對(duì)定量指標(biāo)rij由下式確定:

當(dāng)fj為負(fù)指標(biāo)時(shí)

當(dāng)fj為正指標(biāo)時(shí)

式中:fjmax——j因素指標(biāo)的最大值;

fjmin——j因素指標(biāo)的最小值;

d——極差值，d=fjmax－fjmin;

fij——Ⅰ方案j因素的指標(biāo)值。

對(duì)其余定性指標(biāo)采用等級(jí)評(píng)定法，按如下7級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)給出評(píng)定值:最差(0～0.05)，差(0.05～0.20)，較差(0.20～0.35)，中等(0.35～0.50)，較好(0.50～0.65)，好(0.65～0.80)，最好(0.80～0.95)。

由此得評(píng)價(jià)模糊矩陣R為:

運(yùn)用加權(quán)平均模型M(·，⊕)對(duì)各方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果為:

方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的特征值分別為0.694，0.668，0.777，根據(jù)最大隸屬度原則，采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全性等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，各方案從優(yōu)到劣基本排序可列為:方案Ⅲ、方案Ⅰ、方案Ⅱ。

5 結(jié)論

根據(jù)北緣礦體開采技術(shù)條件和開采現(xiàn)狀及國內(nèi)外礦山，初選了點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法、壁柱式上向水平分層全尾砂充填采礦法、上向水平分層進(jìn)路充填采礦法等采礦方法，通過對(duì)各方法的方案設(shè)計(jì)、優(yōu)缺點(diǎn)分析，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以及模糊數(shù)學(xué)方法綜合評(píng)價(jià)得出:

(1)點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法與壁柱式上向水平分層進(jìn)路充填采礦法的充填及回采工藝相對(duì)簡單，但這兩種方案均需留取點(diǎn)柱或條形壁柱減少頂板或上盤圍巖暴露面積，以保證人員及設(shè)備作業(yè)安全，兩種方法均存在點(diǎn)柱或壁柱礦石損失大，護(hù)頂工作困難等缺點(diǎn);

(2)上向水平分層進(jìn)路充填采礦法不需留點(diǎn)柱或條形礦柱，能有效控制上盤圍巖暴露面積，礦石回采損失率和貧化率低，資源回收率高;回采對(duì)礦體邊界適應(yīng)性好，但采礦成本方面稍高于點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法和壁柱式上向水平分層進(jìn)路充填采礦法;

(3)通過對(duì)3種方案采用模糊數(shù)學(xué)方法綜合評(píng)價(jià)得出上向水平分層進(jìn)路充填采礦法為北緣開采最優(yōu)采礦方法，點(diǎn)柱式上向水平分層尾砂充填采礦法次之。

［1］ 史太祿，任鳳玉，等.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，(11):29－31.

［2］ 肖木恩.模糊數(shù)學(xué)在采礦方法選擇中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2003，23(1):15－17.

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

［4］ 王 青.采礦學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

2011－07－13)

高 進(jìn)(1976－)，男，湖北漢陽人，助理工程師，主要從事于礦山采礦生產(chǎn)及技術(shù)管理。