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        基于層次分析與模糊數(shù)學(xué)法的殘礦回采方案優(yōu)選

        2020-11-03 02:48:52耿曉飛周英烈
        湖南有色金屬 2020年5期
        關(guān)鍵詞:殘礦頂層錨索

        王 志,耿曉飛,周英烈

        (1.湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院,湖南 長沙 410014;2.非煤礦山通風(fēng)除塵湖南省重點實驗室,湖南 長沙 410014;3.中國黃金集團(tuán)石湖礦業(yè)有限公司,河北 靈壽 050500;4.飛翼股份有限公司,湖南 長沙 410600)

        殘留礦柱因其賦存狀態(tài)的特殊性,在回采的過程中會導(dǎo)致地表的沉陷和巖層的移動現(xiàn)象,如何選擇適合的采礦方法顯得尤為重要。在方案優(yōu)選中,須考慮的因素主要有技術(shù)、安全與經(jīng)濟(jì)等方面,而安全因素屬定性指標(biāo),各因素之間缺少可比性。層次分析法可以解決多目標(biāo)、多準(zhǔn)則決策問題,模糊數(shù)學(xué)可以處理諸多不確定性、模糊性和隨機(jī)性問題。將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)各自的優(yōu)點相結(jié)合,可確定殘礦回采的最優(yōu)方案[1,2]。

        1 層次分析法

        1.1 綜合評價指標(biāo)體系

        根據(jù)采礦方案評價指標(biāo)體系中的參數(shù)選擇原則,且考慮到殘礦所處空間的特殊性及礦體賦存的零散性,從安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)3個方面進(jìn)行考慮,建立評價指標(biāo)集B(頂板安全性B1,采場生產(chǎn)能力B2/t·d-1,礦石損失率B3/%,礦石貧化 率B4/%,采切比B5/m3·kt-1,通風(fēng)條件B6,生產(chǎn)管理難度B7,實施難易程度B8,采礦直接成本B9/元·t-1),其采礦方案綜合評價的指標(biāo)體系如圖1所示。

        1.2 構(gòu)造判斷矩陣

        圖1 采礦方案綜合評價的指標(biāo)體系

        1.各因素比較標(biāo)度。各因素確定之后,需確定兩兩因素相比較的判斷值。取1~9級標(biāo)度方法[3],其表示含義見表1。

        表1 比較標(biāo)度

        2.構(gòu)造判斷矩陣。根據(jù)評價的指標(biāo)體系,對各因素進(jìn)行重要程度比較評價,構(gòu)造判斷矩陣A。

        其中,aij,i,j=1,2,…,n表示指標(biāo)Ai比指標(biāo)Aj相對重要性數(shù)值,并且滿足:

        3.指標(biāo)權(quán)重。采用和積法計算特征向量W,將判斷矩陣A的每一列歸一化,得到矩陣B=[Bij]n×n,然后按B的行求和,得出:

        其中:

        再對向量進(jìn)行歸一化處理,得出指標(biāo)權(quán)向量:

        4.判斷矩陣的最大特征根。

        1.3 判斷矩陣一次性檢驗

        由于判斷主觀性及其它因素的影響,需對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗,以期判斷結(jié)果與實際結(jié)果更接近。先計算判斷矩陣的最大特征根λmax及一致性指標(biāo)CR[4]:

        當(dāng)完全一致時,應(yīng)有λmax=n,即CR=0

        當(dāng)不一致時,一般有λmax>n,即CR>0,需滿足:

        此時認(rèn)為判斷矩陣滿足要求,可以接受。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI與n有關(guān),具體見表2,若CR≥0.1,則需要對判斷矩陣進(jìn)行適當(dāng)修正。

        表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

        2 模糊綜合評判

        2.1 建立模糊關(guān)系矩陣

        1.定量指標(biāo)隸屬度計算。定量指標(biāo)包括收益性指標(biāo)與消耗性指標(biāo),收益性指標(biāo)越大越好,如采場生產(chǎn)能力;而消耗性指標(biāo)越小越好,如礦石損失率與貧化率[5]??梢杂孟率接嬎?。

        收益性指標(biāo)公式:

        消耗性指標(biāo)公式:

        2.定性指標(biāo)的隸屬度計算。定性指標(biāo)采用等級評定法,可按表3的七級賦值標(biāo)準(zhǔn)給出評定值。

        表3 定性指標(biāo)等級評定法

        由此可以建立指標(biāo)隸屬度矩陣R。

        2.2 綜合評判

        由(s1,s2,s3,…,sj,…,sn)的各值即可比較出最優(yōu)方案。

        3 殘礦回采應(yīng)用實例

        河北某金礦開采已近三十年,礦體開采深度從+630~-70 m,開采深度已達(dá)700 m,350 m中段以上作業(yè)區(qū)域回采對象主要是頂?shù)字V體傾角50°~78°,因其分布廣、礦量大、大小形態(tài)不一、品位懸殊大且周邊采空區(qū)內(nèi)情況不明,易造成安全隱患?,F(xiàn)急需對前期遺留下來的空區(qū)進(jìn)行有效處理,同時對現(xiàn)存的殘留資源進(jìn)行安全回采,以緩解資源儲量壓力[6]。根據(jù)礦山調(diào)查,空區(qū)群內(nèi)保有殘留礦量約68 582 t,平均品位6.07 g/t,金金屬量約416.03 kg,并且大部分采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行了干式充填。

        3.1 回采方案選擇

        根據(jù)礦山的開采現(xiàn)狀、技術(shù)及發(fā)展規(guī)劃同時借鑒國內(nèi)外類似礦山殘留礦體的回采方法,提出了初步可供選擇的三種回采方案:注漿固結(jié)干式充填體上向分層全尾砂膠結(jié)充填法(方案一)、長錨索護(hù)頂中深孔爆破嗣后充填采礦法(方案二)、預(yù)留護(hù)頂層礦上向水平分層進(jìn)路充填法(方案三)。

        3.1.1 注漿固結(jié)干式充填體上向分層全尾砂膠結(jié)充填法

        利用高壓注漿技術(shù)固結(jié)空區(qū)內(nèi)一定范圍的干式充填料,使之成為具有一定強(qiáng)度的整體,進(jìn)而形成護(hù)頂層,保障頂板安全。根據(jù)礦山實際情況頂?shù)字捎脺\孔爆破,電耙出礦,利用原采場順路天井作為溜礦井。采礦工藝如圖2所示。

        圖2 注漿固結(jié)干式充填體上向分層全尾砂膠結(jié)充填法

        3.1.2 長錨索護(hù)頂中深孔爆破嗣后充填采礦法

        在干式充填料下預(yù)留一定厚度護(hù)頂層礦石,在護(hù)頂層礦石下盤處掘進(jìn)鑿巖巷道,由鑿巖巷道間隔2~3 m鉆鑿水平錨索孔至上盤巖體,安裝錨索拉結(jié)護(hù)頂,頂?shù)字捎弥猩羁滓淮伪疲煤笕采澳z結(jié)充填。采礦工藝如圖3所示。

        圖3 長錨索護(hù)頂中深孔爆破嗣后充填采礦法

        3.1.3 預(yù)留護(hù)頂層礦上向水平分層進(jìn)路充填法

        通過預(yù)留一定厚度的礦石作為護(hù)頂層,垂直于礦體走向分層布置回采進(jìn)路。采礦工藝如圖4。

        圖4 預(yù)留護(hù)頂層礦上向水平分層進(jìn)路充填法

        3.2 技術(shù)安全經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

        根據(jù)殘礦的賦存特點及礦山技術(shù)條件,有針對性地對殘礦所處位置所涉及的安全性進(jìn)行深度分析,確定三種方案技術(shù)安全經(jīng)濟(jì)指標(biāo),定性指標(biāo)按表3規(guī)定選取,其結(jié)果見表4。

        表4 各方案技術(shù)安全經(jīng)濟(jì)指標(biāo)值

        3.3 確定各因素權(quán)重及一致性檢驗

        殘礦回采最優(yōu)方案準(zhǔn)則層為:安全指標(biāo)(A1),技術(shù)指標(biāo)(A2),經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(A3)三個指標(biāo),對這三個指標(biāo)進(jìn)行評判的標(biāo)度取值按照表1和表3規(guī)定的原則選?。?],得出結(jié)果見表5。

        表5 準(zhǔn)則層指標(biāo)兩兩比較重要度

        根據(jù)各因素權(quán)重,可得特征值λmax=3.000,CI=0,查表RI=0.58,得CR=0<0.1,判斷矩陣滿足一致性檢驗要求,則權(quán)重矩陣W =(0.400,0.200,0.400)。同理,可計算各個影響因素相對于評價準(zhǔn)則的權(quán)重[8]??傻脤哟慰偱判?,見表6。

        層次總排序一致性檢驗為:CI=0.001 4<0.1,RI=0.264,CR=0.005<0.1,故滿足一致性檢驗要求。各因數(shù)的權(quán)重矩陣向量表達(dá)式為:

        W=[0.400,0.062,0.039,0.013,0.062,0.008,0.008,0.008,0.400]。

        表6 各影響因素層次總排序

        3.4 建立模糊綜合評判矩陣

        根據(jù)采礦方法優(yōu)選的定量與定性指標(biāo),利用式(2)~(8)對評價指標(biāo)進(jìn)行無量綱歸一化處理,得到模糊綜合評價矩陣

        3.5 模糊綜合評判優(yōu)選

        綜上可得各初選采礦方案的綜合優(yōu)越度為:方案一:81.82%,方案二:80.45%,方案三:79.12%。即方案的優(yōu)劣次序為方案一優(yōu)于方案二優(yōu)于方案三,故推薦選用方案一為最優(yōu)的回采方案。

        4 結(jié) 論

        1.殘留礦柱回采過程中的安全性是首要考慮的重點。運用層次分析法對安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等3個方面進(jìn)行考慮,選擇頂板安全性、采場生產(chǎn)能力、礦石損失率、礦石貧化率、采切比、通風(fēng)條件、生產(chǎn)管理難度、實施難易程度和采礦直接成本等指標(biāo),應(yīng)用層次分析法建立了一套用于采礦方案綜合評價的指標(biāo)體系。

        2.結(jié)合河北某金礦殘留礦柱的賦存特點,根據(jù)層次分析法與模糊數(shù)學(xué)的基本原理,確定了各層次之間的判斷矩陣,得出了合理的權(quán)重矩陣,建立了回采方案優(yōu)選的模糊綜合評判模型。

        3.利用層次分析與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法優(yōu)選的回采方案,技術(shù)合理,回采安全性好。

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