姜群 曾鵬 陳秋松 王道林

摘要：針對(duì)急傾斜薄礦脈可選采礦方法有限、貧損指標(biāo)控制難等問(wèn)題，為科學(xué)合理選取采礦方法，建立了改進(jìn)CRITIC和逼近理想解（TOPSIS）的評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用到某鉛鋅礦采礦方法優(yōu)選中。建立采礦方法綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用改進(jìn)CRITIC法確定指標(biāo)客觀權(quán)重，通過(guò)計(jì)算綜合優(yōu)越度，得出中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法為最優(yōu)采礦方法?，F(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)表明：采用該采礦法獲得了采礦損失率11 %，礦塊生產(chǎn)能力310 t/d的良好指標(biāo)，有效提升了礦山經(jīng)濟(jì)效益，為類似礦山開(kāi)采提供了新思路和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：急傾斜薄礦脈;改進(jìn)CRITIC法;采礦方法;逼近理想解;貧化損失

中圖分類號(hào)：TD853.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1277（2020）08-0049-04doi：10.11792/hj20200808

引 言

急傾斜薄礦脈可選的采礦方法少，狹窄的作業(yè)場(chǎng)地難以利用大型設(shè)備和連續(xù)開(kāi)采，在回采過(guò)程中，不可避免會(huì)崩落上下盤(pán)圍巖導(dǎo)致礦石貧化率較高，成為典型的難采礦體之一[1-3]。目前，淺孔留礦采礦法是該類礦體的主要采礦方法，但普遍存在采場(chǎng)生產(chǎn)能力低，回采周期長(zhǎng)的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，為提高這部分難采礦體的開(kāi)采技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的最大化利用，對(duì)急傾斜薄礦脈低貧損安全開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)研究顯得格外重要。

目前，眾多專家和學(xué)者針對(duì)急傾斜薄礦脈開(kāi)采技術(shù)做了大量的研究工作，取得了較多成果。例如：廖九波等[4]以某極薄金礦脈為研究對(duì)象，結(jié)合礦山現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件，提出采用機(jī)械化水平分層削壁充填采礦法進(jìn)行回采，貧損指標(biāo)得到有效控制;張連富等[5]以X型細(xì)脈帶狀礦體為研究對(duì)象，在分析開(kāi)采現(xiàn)狀后，提出采用上向水平分層充填采礦法進(jìn)行回采，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，引入預(yù)裂爆破控制技術(shù)，與淺孔留礦采礦法相比，顯著提升了礦山經(jīng)濟(jì)效益;戚偉等[6]采用中深孔落礦廢石充填采礦法代替淺孔留礦采礦法進(jìn)行薄礦脈開(kāi)采，通過(guò)開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，獲得了較好的效果。

隨著理論研究的不斷深入，通過(guò)建立數(shù)學(xué)評(píng)估模型，如模糊數(shù)學(xué)[7]、UM[8]、博弈論-TOPSIS[9]等進(jìn)行采礦方法的優(yōu)選，獲得了較好的應(yīng)用效果。在進(jìn)行采礦方法優(yōu)選時(shí)，首先需要構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后確定指標(biāo)權(quán)重。當(dāng)前，層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是多屬性目標(biāo)決策中指標(biāo)權(quán)重的常規(guī)計(jì)算方式，具有操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是，研究表明：AHP對(duì)主觀評(píng)價(jià)者要求較高，受評(píng)估者的主觀學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)影響較大，指標(biāo)權(quán)重偏主觀性，可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際差距較大[10]。

鑒于此，本文采用改進(jìn)CRITIC法確定指標(biāo)權(quán)重，建立基于改進(jìn)CRITIC-TOPSIS的采礦方法綜合優(yōu)選評(píng)價(jià)模型，為采礦方法的選擇提供可靠、科學(xué)和合理的新方法。

1 改進(jìn)CRITIC-TOPSIS評(píng)價(jià)模型

1.1 指標(biāo)權(quán)重確定

CRITIC法最初是Diakoulaki提出的一種以指標(biāo)相關(guān)性和反映信息大小為依據(jù)來(lái)分配指標(biāo)客觀權(quán)重的理論方法。在實(shí)際應(yīng)用中，由于不同指標(biāo)之間量綱和量級(jí)不同，難以進(jìn)行比較，可能導(dǎo)致指標(biāo)權(quán)重計(jì)算存在誤差。鑒于此，引入變異系數(shù)對(duì)CRITIC法進(jìn)行改進(jìn)，具體計(jì)算步驟如下[11-12]：

2 采礦方法優(yōu)選

2.1 開(kāi)采現(xiàn)狀

某鉛鋅礦礦巖傾角79°，厚度多為2 m，屬于典型急傾斜薄礦脈。在回采淺部礦體時(shí)，一直沿用普通淺孔留礦采礦法，技術(shù)相對(duì)成熟。但是，隨著淺部資源回采殆盡，開(kāi)采深度不斷增加，地應(yīng)力加大，回采過(guò)程中問(wèn)題凸顯，主要表現(xiàn)為：礦巖為千枚巖，巖性軟弱，其片理與礦脈走向近似一致，但與最大主應(yīng)力方向斜交，在地應(yīng)力、千枚巖片理、礦脈走向的共同作用下，極易冒頂和片幫，安全問(wèn)題突出;回采時(shí)因爆破震動(dòng)，導(dǎo)致圍巖片幫冒落，加劇了貧化，而且片幫冒落量大時(shí)，極易導(dǎo)致回采高度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而大大降低開(kāi)采回采率。盡管該礦山采取了調(diào)整采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理優(yōu)化爆破參數(shù)，加大支護(hù)強(qiáng)度，嚴(yán)格出礦制度等一系列控制措施，但對(duì)開(kāi)采過(guò)程中回采率和貧損指標(biāo)控制效果不明顯，因此亟需對(duì)現(xiàn)有采礦方法進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

采礦方法的選取主要考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性和適用性。在參考文獻(xiàn)[7-9]和咨詢現(xiàn)場(chǎng)專家的基礎(chǔ)上，選取了采礦成本（X1）、采礦損失率（X2）、礦石貧化率（X3）、采切比（X4）、采場(chǎng)生產(chǎn)能力（X5）和實(shí)施難易及安全性程度（X6）等6個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了急傾斜薄礦脈采礦方法優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合體系。根據(jù)該礦山生產(chǎn)技術(shù)條件，選取了3種采礦方法：無(wú)底柱淺孔留礦采礦法（方案1）、中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法（方案2）和削壁充填采礦法（方案3）。各采礦方法評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)取值情況見(jiàn)表1。

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)優(yōu)選結(jié)果，進(jìn)行采礦方法設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。礦塊沿礦體走向布置，長(zhǎng)100 m，寬2.5 m，階段高度60 m，沿垂直方向劃分為3個(gè)分段，分段高度20～25 m，間柱5 m，頂柱高4.5 m。在脈外布置出礦運(yùn)輸巷道，沿礦體走向布置分段巷道，在礦體下盤(pán)布置出礦進(jìn)路，在礦塊中布置脈內(nèi)切割天井通至上部中段，為初步回采作業(yè)提供補(bǔ)償空間，兼作探礦及采礦時(shí)通風(fēng)。在分段巷道與切割槽形成后由切割槽后退式回采，為保障作業(yè)安全及礦石集中于一分段作業(yè)面附近，各分段間同時(shí)后退并形成下向階梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。分段巷道施工后，采用311鑿巖臺(tái)車向上鉆鑿垂直孔，孔徑=78 mm，孔深11～15 m，排距1.6 m，邊孔距礦巖分界線0.15 m，最小抵抗線W=1.6 m。爆破采用粒狀乳化銨油炸藥，用裝藥車裝藥，將炸藥送入炮孔，堵塞長(zhǎng)度1.9 m，鉆孔完畢后以切割井為自由面進(jìn)行爆破。爆破后由最底部分層集中出礦。各分段同時(shí)落礦，按計(jì)劃放空采場(chǎng)內(nèi)礦石，以減少二次貧化。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，采礦方法技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)：采礦損失率由21 %降低至11 %，回采礦量增加;礦塊生產(chǎn)能力由120 t/d提高到310 t/d，說(shuō)明中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法在薄礦脈開(kāi)采方面具有很強(qiáng)的可行性和推

相對(duì)于淺孔留礦采礦法，能解決目前礦山在開(kāi)采極薄至薄礦脈時(shí)所面臨的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全難題。中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法具有顯著優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，回采效率高，采場(chǎng)采礦周期變短，存窿礦石可以及時(shí)放出，不會(huì)因長(zhǎng)期積壓導(dǎo)致無(wú)法放出，進(jìn)一步提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益;工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，通風(fēng)條件好，作業(yè)人員在分段巷道作業(yè)，作業(yè)安全環(huán)保，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間暴露在采場(chǎng)頂板下鑿巖，無(wú)需平場(chǎng)，大大提高了作業(yè)安全性;坑木消耗少，礦石回收率大大提高。采場(chǎng)回采周期從原來(lái)的8個(gè)月縮短為3個(gè)月，綜合經(jīng)濟(jì)效益提高約0.9 %。綜上所述，中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法在該礦山急傾斜薄礦脈開(kāi)采技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，為急傾斜薄礦脈礦山安全高效開(kāi)采探索了新思路，其他同類型礦山可借鑒。

4 結(jié) 論

1）為科學(xué)合理確定指標(biāo)客觀權(quán)重，引入變異系數(shù)對(duì)傳統(tǒng)CRITIC法加以改進(jìn)。采用改進(jìn)CRITIC法確定指標(biāo)權(quán)重，既可以考慮指標(biāo)之間的相關(guān)性，又保證了權(quán)重的客觀性，可以進(jìn)一步提高優(yōu)選結(jié)果科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

2）根據(jù)該礦山現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件和礦山賦存條件，提出了無(wú)底柱淺孔留礦采礦法、中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法和削壁充填采礦法3種備選采礦方法。根據(jù)綜合優(yōu)越度計(jì)算結(jié)果（42.2 %、72.9 %、49.9 %），中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法為最適宜的采礦方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，中深孔落礦分段空?qǐng)霾傻V法可以降低采礦損失率，顯著提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力，應(yīng)用效果較好，在相似礦山中具有很強(qiáng)的推廣與借鑒價(jià)值。

3）本文所建立的基于改進(jìn)CRITIC-TOPSIS綜合評(píng)價(jià)模型結(jié)果科學(xué)合理，為采礦方法的選擇開(kāi)拓了新思路，提出了新的科學(xué)有效的分析方法，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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