孫麗軍 張撐校 代碧波

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;3.陜西邦田化工有限公司)

峨口鐵礦系太鋼(集團(tuán))有限公司重要鐵礦石生產(chǎn)基地之一，是一大型露天開采的混合型貧鐵礦床。礦山以山羊坪背斜為界劃分為南、北2區(qū)。南區(qū)以山羊坪斷層即38號勘探線為界劃分為南東、南西采場，北區(qū)以山羊坪斷層即32號勘探線為界劃分為北東、北西采場，4個采場均采用露天開采。根據(jù)礦山設(shè)計及生產(chǎn)規(guī)劃，北東采場2012年底已閉坑，南東采場2016年閉坑，北西采場2019年閉坑，南西采場2021年閉坑，露天境界內(nèi)資源最長僅能服務(wù)8 a左右。境界外還保有大量資源，礦山面臨由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采階段。峨口鐵礦礦產(chǎn)資源賦存條件極其復(fù)雜，同時礦山要求盡量實現(xiàn)露天向地下的平穩(wěn)過渡，這些因素都影響著地下采礦方法的選擇。

1 峨口鐵礦境界外資源條件

1.1 北西境界外采區(qū)

該區(qū)域礦體主要分布于樓羊爬向斜南北兩翼。礦體賦存標(biāo)高+1 330～+1 930 m，礦體平均厚度35 m。北翼礦體走向近東西，傾向NNW，傾角85°左右。南翼礦體走向70°左右，傾向SSE，傾角85°左右。

1.2 南東境界外采區(qū)

該采區(qū)主要開采38～56號勘探線南東露天境界外的掛幫礦體，由西向東平行展布，走向北東東，南傾，傾角一般變化于60°～80°間，整體較陡，礦層平均厚度為59.44 m，礦體賦存標(biāo)高為+1 400～+1 800 m。

1.3 南西西+1 840 m以下采區(qū)

該區(qū)域礦體主要分布于馬鬃山向斜南北兩翼。礦體最低賦存標(biāo)高+1 450 m，礦體厚度變化與20～60 m。北翼礦體走向近東西，傾向NNW，傾角85°左右。南翼礦體走向50°，傾向SSE，傾角85°左右，由西向東逐漸變厚。

1.4 圍巖穩(wěn)固性

礦層及頂板主要圍巖、夾石——角閃片巖、斜長角閃巖等比較致密堅硬，抗壓強(qiáng)度較大，穩(wěn)定性較強(qiáng)。而礦層底板及礦層中的部分夾層——云母石英片巖、云母綠泥石英片巖，片理發(fā)育，結(jié)構(gòu)柔軟，易被風(fēng)化，巖層穩(wěn)定性能差。

2 峨口鐵礦地下采礦方法優(yōu)選

2.1 采礦方法備選方案

峨口鐵礦境界外礦體絕大部分屬于傾斜急傾斜礦體，厚度在8 m以下及8～15 m礦體很少，絕大部分礦體厚度均在15 m以上，部分向(背)斜核部礦體傾角平緩處，礦體最厚可達(dá)70～80 m。根據(jù)國內(nèi)外類似礦山的開采經(jīng)驗和峨口鐵礦的開采技術(shù)條件，搜集并查閱相關(guān)資料，借鑒成功礦山的經(jīng)驗，可將其類似礦山的采礦方法作為初步研究備選方案。初步研究可以適應(yīng)的采礦法有空場法、崩落法、充填法，具體的開采方法包括分段空場法、有底柱崩落法、無底柱崩落法、空場嗣后充填法。

2.2 備選方案比較

備選方案的比較主要針對以下幾個指標(biāo):礦塊的生產(chǎn)能力、礦石貧化率、、礦石損失率、礦石采切比。將備選方案的各指標(biāo)及優(yōu)缺點列表進(jìn)行比較，見表1。

表1 備選方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點比較

根據(jù)以上比較，空場嗣后充填首先排除，其原因有:

(1)峨口鐵礦礦石平均品位20%左右，總體偏低，若采用嗣后充填，雖可在掛幫礦開采時實現(xiàn)露天地下同時開采，但充填成本將增加。

(2)總觀峨口礦山地表總圖布置情況，很難找到一個相對固定利于建設(shè)充填站的位置，而且充填站的建設(shè)費用高昂。

(3)若采用充填法，回采充填工藝復(fù)雜，必須有足夠經(jīng)驗豐富的充填工藝及管理人員，否則充填工藝及管理跟不上，會嚴(yán)重影響礦山的產(chǎn)量。

2.3 采礦方法的多方案灰色優(yōu)選

經(jīng)過以上初步比較，無底柱崩落法、有底柱崩落法、分段空場法3種采礦方案在采切比、貧化損失率、采礦直接成本等方面各有優(yōu)劣，工人對采礦工藝都比較熟悉，在同類礦山成功使用實例較多。為了綜合比較出其中的最優(yōu)，現(xiàn)利用灰局勢決策進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.3.1 確定事件、對策、局勢、目標(biāo)

(1)事件。確定峨口鐵礦采礦方法為事件a。

(2)對策?！皩Σ摺敝赋醪窖芯康?種備選方案。對策1(記為b1):無底柱崩落法;對策2(記為b2):有底柱崩落法;對策3(記為b3):分段空場法。

(3)局勢。S1=(a，b1)=(峨口鐵礦采礦方法，無底柱崩落法);S2=(a，b2)=(峨口鐵礦采礦方法，有底柱崩落法);S3=(a，b3)=(峨口鐵礦采礦方法，分段空場法)。

(4)指標(biāo)。①損失率;②貧化率;③采切比;④采礦成本;⑤采礦工藝難易程度。

2.3.2 給出局勢的效果樣本

局勢S1、S2和S3的效果樣本見表2。

表2 局勢S1、S2和S3的效果樣本

2.3.3 確認(rèn)指標(biāo)極性，做效果測度變換

以指標(biāo)1(損失率為極小值目標(biāo))為例。

(1)下限效果測度算式:

(2)效果樣本見表2。

(4)效果測度計算:

同理得出指標(biāo)2、指標(biāo)3、指標(biāo)4、指標(biāo)5的效果測度值，見表3。

表3 各指標(biāo)效果測度結(jié)果

2.3.4 建立統(tǒng)一測度空間

計算局勢Si的統(tǒng)一測度。i=1，S1=(a，b1)。

(1)效果測度:

(2)統(tǒng)一測度:

2.3.5 找出最優(yōu)的對策

(1)峨口鐵礦采礦方法選擇統(tǒng)一測度空間r

這表明i*=1，即S1=(a，b1)=(峨口鐵礦采礦方法，無底柱崩落法)。也就是說無底柱崩落法是各指標(biāo)綜合后的滿意對策，即最優(yōu)方案。

3 裝備配套選擇

預(yù)計峨口鐵礦地采最終規(guī)模達(dá)到750萬t/a，為保證達(dá)到如此大的生產(chǎn)規(guī)模，預(yù)期的出礦和鑿巖能力必須保障，類比國內(nèi)外同類型礦山，推薦配置先進(jìn)的無軌采掘及裝運(yùn)設(shè)備。

3.1 鑿巖設(shè)備

無底柱分段崩落法采用上向扇形中深孔落礦，為了有效地控制好崩礦后的最大塊度和減少大塊率，為鏟運(yùn)機(jī)出礦及后續(xù)運(yùn)礦作業(yè)的順利進(jìn)行創(chuàng)造良好條件，同時又能實現(xiàn)高效作業(yè)，對采礦鑿巖臺車及鑿巖機(jī)的要求是必須能在孔深30 m左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)高效鑿巖，鉆鑿炮孔的準(zhǔn)直度高，偏斜小，同時還要能兼顧鉆鑿開掘切割槽的平行炮孔。

SimbaH1354采礦臺車配Cop1838型高效液壓鑿巖機(jī)及Solo5－7P(或Solo5－7F)采礦鑿巖臺車配HL710LS型高效液壓鑿巖機(jī)，均比國內(nèi)所有金屬礦山目前使用的同類進(jìn)口采礦鑿巖臺車及鑿巖機(jī)性能先進(jìn)，檔次更高，對生產(chǎn)能力和鉆孔精度的保證性更強(qiáng)。

3.2 出礦設(shè)備

由于無底柱分段崩落法的出礦作業(yè)是在獨頭進(jìn)路中進(jìn)行，通風(fēng)條件較差。為了減少廢氣污染，改善作業(yè)環(huán)境，確保實現(xiàn)高效出礦，擬采用大型電動鏟運(yùn)機(jī)作為主要出礦設(shè)備，近年來，國內(nèi)無軌設(shè)備雖有較大發(fā)展，但國內(nèi)4 m3、6 m3級別的電動鏟運(yùn)機(jī)與國外相比，還存在較大差距。進(jìn)口同級別的電動鏟運(yùn)機(jī)雖價格貴，但性能好，對產(chǎn)量的保證性強(qiáng)。Toro1400E電動鏟運(yùn)機(jī)(斗容6.0 m3)和EST－8B電動鏟運(yùn)機(jī)(斗容6.0 m3)性能先進(jìn)，適于在峨口鐵礦井下使用，確保生產(chǎn)能力維持在高產(chǎn)穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)通過礦體賦存情況及開采技術(shù)條件分析，對備選方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以及建立灰色數(shù)學(xué)模型，利用灰局勢決策對備選方案進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定峨口鐵礦地下開采采用無底柱崩落法。

(2)類比于國內(nèi)同類型礦山，井下采用先進(jìn)的鑿巖和出礦設(shè)備，是對礦山地下產(chǎn)能的有力保障，確保了峨口鐵礦露天轉(zhuǎn)地下平穩(wěn)過渡。

［1］ 代碧波，陳順育，孫麗軍，等.峨口鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開采產(chǎn)能平穩(wěn)過渡技術(shù)研究［J］.金屬礦山，2011(7):1-7.

［2］ 鄧聚龍.灰預(yù)測與灰決策［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2002.