鄧飛, 陶明, 羅福友, 羅福龍, 尹麗冰
(1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,江西 贛州 341000;2.江西國泰五洲爆破工程有限公司,南昌 330038;3.江西蕩坪鎢業(yè)有限公司,江西 贛州341500)
回采方法是決定礦塊生產(chǎn)能力的主要因素之一,優(yōu)越的回采方案是較高經(jīng)濟效益,以及安全開采的保障.不同的經(jīng)濟技術(shù)、設(shè)備、生產(chǎn)要求及礦體賦存條件等,回采設(shè)計就會有所不同.經(jīng)驗類比法、盈利分析法是傳統(tǒng)礦山開采設(shè)計優(yōu)選最常用的方法,然而這2種方法受人為主觀因素影響較大,并且不同礦山之間的類比不具有普遍性,因此優(yōu)選結(jié)果存在局限性,難以令人信服.近幾年,隨著近現(xiàn)代數(shù)學(xué)與計算科學(xué)的快速發(fā)展,層次分析法[1]、灰色關(guān)聯(lián)法[2]、未確知測度理論[3]、模糊綜合評價法[4-6]、雙基點法[7]、優(yōu)序法[8]、密切值法[9]和價值工程法[10]等諸多方法被引入進行優(yōu)選決策,取得了一定成效.然而回采方案選擇的難點,在于各個方案間優(yōu)越性交叉和多因素的不確定性、隱蔽性,并且有些指標只能定性表述,如何解決這個難點是一個值得研究的問題.
針對這個難點問題,結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)原理,綜合考慮了影響回采方法的各項因素,并合理分配各因素的權(quán)重,建立模糊評價模型,該方法不僅避免了因個人主觀認識差異而產(chǎn)生的偏差,而且使優(yōu)選過程更合理,優(yōu)選得出的方案更符合實際,評價結(jié)果更科學(xué)可靠.
圖1 720 m中段平面圖
圖2 670 m中段平面圖
礦塊位于670 m中段8~10線W17 m至8~10線E18 m;平面上,西到 8~10線W17 m,東到 8~10線E18 m,走向長35 m,水平均寬12 m;剖面上,上到720 m中段巷道底板,下至713 m標高,垂直高12 m,見圖1、圖2.生產(chǎn)探礦方法為坑鉆聯(lián)合勘探法,選擇40 m×50 m的勘探網(wǎng)度,在平面上一般采用40 m間隔的坑道控制,在剖面上選用鉆孔進行控制,儲量類別為111b.礦山一般根據(jù)上、下中段坑道揭露的資料和鉆孔探礦的資料按工業(yè)指標進行礦體圈定.礦體產(chǎn)狀:礦體總體走向 NE70°,傾向 ES,傾角 70°.礦塊范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)涌水現(xiàn)象,屬簡單的水文地質(zhì)條件.礦塊范圍內(nèi),部分地段裂隙發(fā)育,但對開采影響較小,礦體上盤為花崗巖和F1破碎帶,670 m中段礦體距破碎帶較遠,至720 m中段時礦體開始與破碎帶接觸,對回采會造成一定的影響.
礦塊為670 m中段原3號采場范圍礦塊,由于3號采場會比720 m中段8~10線5號裝礦機道采場先回采完,考慮到回采的安全性與可行性,原3號采場暫留12 m厚的頂柱,即為本礦塊.該礦采用分段鑿巖階段礦房法進行采礦,礦塊下方為3號采場采空區(qū),上中段對應(yīng)10線大采(回采未結(jié)束)、5號裝礦機道采場(還未上采)和1號采場采空區(qū);東為670 m中段2號電耙道采場(還未上采),西暫無采場設(shè)計;上盤為F1破碎帶,下盤無工程.在采空區(qū)北幫巖石移動界限外布置鑿巖巷道,鑿巖巷道東頭人行井與720 m中段5號采場裝礦進路東貫穿,用于上下行人及通風(fēng).
在確保掘進施工的合理、安全的基礎(chǔ)上,設(shè)計了2個回采方案,研究的主要內(nèi)容為采場布置形式及爆破參數(shù)2個方面.
1)方案1.礦塊設(shè)計采用YGZ90型號鉆機(下文簡稱90鉆)鑿巖爆破落礦回采,1~4排崩礦方向為原3號采場采空區(qū),5~32排向1~4排爆破后形成的補償空間崩礦.考慮到本采場回采的時間需等上中段相關(guān)采場結(jié)束回采后方可開始,時間較長,為保證今后的回采安全,鑿巖巷道布置在巖石移動界限外,保證工程不受采空區(qū)的影響,巖石移動角為68°,相關(guān)工程布置見圖3.
圖3 方案1回采布置
采場的工程布置、做法及空間位置關(guān)系:施工時先從670 m中段3號采場東邊界和8~10線向北掘短的穿脈,再從采場東的短穿脈北邊向720 m中段掘人行井,同時可安排從8~10線向西掘進鑿巖巷道,所有采準工程完成后,670 m中段3號采場可大量放礦.待上中段采場結(jié)束回采后用90鉆鑿眼,1~4排排間距為0.8 m,崩礦方向向下,最小抵抗線控制在1 m以內(nèi),5~32排排距為1.2 m,孔底距為1.8~2 m.
2)方案2.礦塊設(shè)計采用90鉆鑿巖爆破落礦回采,以切割槽為自由面崩礦.考慮到本采場回采的時間需等上中段相關(guān)采場結(jié)束回采后方可開始,時間較長,為保證今后的回采安全,鑿巖巷道布置在巖石移動界限外,保證工程不受采空區(qū)的影響,巖石移動角為68°,相關(guān)工程布置見圖4.
圖4 方案2回采布置
采場的工程布置、做法及空間位置關(guān)系:本設(shè)計在采場空區(qū)北幫巖石移動界限外布置一鑿巖巷道,鑿巖巷道東頭人行井與720 m中段5號采場裝礦進路東貫穿,用于上下行人及通風(fēng);在采場西頭布置切割槽,今后放大爆破崩礦時用作補償空間.施工時切割天井與短的穿脈可同時施工,天井擴幫鑿眼與人行天井掘進可同時進行.切割立槽形成、人行井與上中段貫穿支護好后,670 m中段3號采場可大量放礦,后期再從短的穿脈向西掘進鑿巖巷道.鑿巖巷道施工完成后90鉆在鑿巖巷道內(nèi)鑿眼,控制排距為1.2 m,孔底距1.8~2 m;天井擴幫時排距1 m,孔間距0.8~1 m.
考慮到本礦塊空間關(guān)系復(fù)雜,回采時一定要按照正確的順序回采.2方案回采順序都為:10線大采、8~10線電耙道大采→5號裝礦機道采場→本礦柱回采.
根據(jù)該礦現(xiàn)場實際情況,計算、評價2方案相關(guān)工程量、礦量、采掘比、貧化率、損失率、安全性等主要指標,其結(jié)果見表1.
表1 設(shè)計工程主要指標表
根據(jù)前文分析,建立備選方案集,即評價集V,V={v1(方案 1),v2(方案 2)}.綜合考慮礦體的技術(shù)、經(jīng)濟及安全等因素,并選取以下10個指標作為影響因素,即:①技術(shù)指標:礦塊生產(chǎn)能力、采場工效、貧化率、損失率、采掘比、炸藥單耗、通風(fēng)條件、施工難易程度;②安全指標:安全性;③經(jīng)濟指標:采礦直接成本.從而建立因素集 U={u1,u2,…,u9}.
每個影響因素相對于決策的重要性各不相同,針對這10項指標通過層次分析法構(gòu)造判斷矩陣,把每一個具有向下隸屬性的元素Y作為第一個元素放在矩陣的左上角,隸屬于它的其他元素分別置于其后第一行和第一列,并對這些元素采用 (1~9)9個標度[11](表2)進行賦值,它們兩兩之間進行比較,得出的矩陣就是判斷矩陣X,如式(1).
表2 9級標度法及其含義
判斷矩陣最大特征根λmax對應(yīng)向量(歸一化)(w1,w2,…,wn)中 w1,w2,w3,…,wn即為元素 x1,x2,…,xn對應(yīng)隸屬指標Y的權(quán)值.
一般來說,由于事物的復(fù)雜性和不確定性,矩陣不可能完全滿足一致性,因而只能說矩陣在一定范圍及程度上滿足一致性,即矩陣滿足一定程度的一致性[12],檢驗就通過.一般來說當 CR<0.1時,檢驗通過,否則不通過,需要重新構(gòu)造判斷矩陣,直到檢驗通過為止.檢驗公式如下所示.
其中:CⅠ為判斷矩陣的一致性指標;RⅠ為平均隨機一致性指標,可查表3[13];λmax為矩陣的最大特征根;n為成對比較因子的個數(shù).
表3 平均隨機一致性指標
依據(jù)上述,構(gòu)造準則層對應(yīng)目標層的判斷矩陣(表4),子準則層對應(yīng)準則層的判斷矩陣(表5),并做一致性檢驗.
表4 O-B判斷矩陣
一致性檢驗:CⅠ=0.026 8,RⅠ=0.52,CR=0.046 2<0.1,通過一致性檢驗.
表5 B1-v判斷矩陣
一致性檢驗:CⅠ=0.008 5,RⅠ=1.41,CR=0.006 0<0.1,通過一致性檢驗,層次總排序見表6.
表6 層次總排序表
一致 性 檢 驗 :CⅠ=0.195 8×0.008 5=0.001 66,RⅠ=1.41×0.195 8=0.276 1,CR=0.006 0<0.1,通過一致性檢驗.因此各因素指標的綜合權(quán)重為W=(0.048 0,0.027 0, 0.009 0, 0.027 0, 0.015 0, 0.027 0, 0.028 8,0.014 0, 0.493 4, 0.310 8).
對于不定量指標安全性及施工難易程度按表7進行賦值,其他定量指標按實際值賦值.賦值后的指標值見表8.
表7 定性指標9級標準賦值
表8 綜合評價指標表
由于各個影響指標的性質(zhì)各不相同,不能直接對其進行比較,利用模糊數(shù)學(xué)原理無量綱化各指標,計算出各指標的相對隸屬度,量化結(jié)果都在0~1之間[14],具體處理方法如下:
Ⅰ1:效益型指標的集合,效益型指標,越大越好;Ⅰ2:成本型指標的集合,成本型指標,越小越好;Ⅰ3:固定型指標的集合,固定型指標,既不能太大,也不能太小[15].
模糊(矩陣)運算:
因為b1>b2,所以各方案的優(yōu)劣順序為:方案 1>方案2,即第1種方案優(yōu)于第2種方案.
1)回采方案的選擇是一個受諸多因素影響的目標決策問題,利用層次分析與模糊數(shù)學(xué)綜合法對其進行分析可以科學(xué)合理的選出最佳方案.通過此法對某礦區(qū)回采方案進行分析選擇,得出綜合評判矩陣B=[0.791 0,0.748 1],即方案 1 優(yōu)于方案 2.
2)應(yīng)用層次分析法與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法對某礦回采方案進行分析,能充分和全面考慮影響回采方案決策的各種因素,并通過專家評定和一致性檢驗?zāi)茌^好地確定各評價因素權(quán)重,最后通過模糊數(shù)學(xué)原理建立模糊評價模型進行綜合評判。這種綜合法不僅避免了因個人主觀判斷、個人偏好而產(chǎn)生的弊端,也解決了權(quán)重分配的難題,為科學(xué)決策提供依據(jù),也為其他系統(tǒng)工程優(yōu)化提供了新的思路.
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