王梓安

摘要：為解決某金礦緩傾斜復(fù)雜多變薄礦體開(kāi)采問(wèn)題，在采礦方法初選的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用層次分析和模糊數(shù)學(xué)綜合判定的方法，對(duì)所選5種采礦方法的安全性、通風(fēng)條件、機(jī)械化程度、采切比、采場(chǎng)生產(chǎn)能力、礦石貧化率、采礦損失率與工藝復(fù)雜程度等8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行定性與定量的權(quán)重計(jì)算確定最優(yōu)方案。最終優(yōu)選的采礦方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，采場(chǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有較大提升?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了層次分析和模糊數(shù)學(xué)綜合判定方法對(duì)采礦方法優(yōu)選具有工程的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：緩傾斜薄礦體；層次分析；模糊綜合評(píng)判；采礦方法;安全高效開(kāi)采

中圖分類(lèi)號(hào)：TD853.2? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-1277（2023）06-0024-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20230606

采礦方法的選擇是一個(gè)典型的模糊決策問(wèn)題，影響因素很多且具有模糊性［1-3］，如安全性、工藝復(fù)雜程度等，不能定量的表達(dá)其優(yōu)劣性，需要綜合運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)，將定性的指標(biāo)構(gòu)造相應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)模型計(jì)算其權(quán)重值。最終運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法對(duì)采礦方法進(jìn)行優(yōu)選，使方案的選擇更加科學(xué)、合理、可靠［4-6］。

1 工程背景

某礦山礦床產(chǎn)于色洛河巖群內(nèi)，礦體主要位于中部巖性段的底部，其他部位的礦體極少，且規(guī)模很小。礦體嚴(yán)格受韌性剪切帶構(gòu)造控制，走向近南北，傾向東，傾角15°～43°，礦化帶總體長(zhǎng)度1 000 m，寬度最寬50 m。礦體總體走向近南北，傾向東，傾角30°，0勘探線(xiàn)以北的淺部礦體傾角稍陡，傾角一般為35°～40°，礦體的賦存標(biāo)高為646～-20 m。

礦體大部分屬于緩傾斜復(fù)雜多變礦體，主要呈薄脈狀。國(guó)內(nèi)外采礦界的專(zhuān)家普遍認(rèn)為：緩傾斜復(fù)雜多變礦體由于受賦存條件、鑿巖、出礦、支護(hù)等方面的制約，難以實(shí)現(xiàn)礦體的安全、高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采，屬于難采礦體。導(dǎo)致該類(lèi)型礦體開(kāi)采困難的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）出礦困難。礦體賦存傾角緩，一般遠(yuǎn)小于礦石自然安息角，采下礦石既不能靠自重自行放出，也不方便采用鏟運(yùn)機(jī)等無(wú)軌設(shè)備鏟出。采場(chǎng)出礦時(shí)，部分礦石甚至遺留在采場(chǎng)中，造成礦石損失。

2）頂板管理和維護(hù)困難。緩傾斜礦體開(kāi)采時(shí)，大部分選用空?qǐng)霾傻V法，方法的形式?jīng)Q定了需暴露一定面積的頂板，但遇到不穩(wěn)固塊段，或采場(chǎng)面積增大時(shí)，為確保鑿巖、出礦等作業(yè)的安全，須對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行合理支護(hù)，但往往支護(hù)較困難，又無(wú)法保證絕對(duì)安全。

3）采準(zhǔn)工程布置難題。緩傾斜復(fù)雜多變礦體往往受礦體賦存狀態(tài)的影響，采切工程量、采切比較大，從而造成開(kāi)采成本增加，而開(kāi)采成本又是決定礦山開(kāi)采至關(guān)重要的因素。

該礦山利用探礦沿脈、天井等工程采用類(lèi)似留礦采礦法進(jìn)行過(guò)局部采礦作業(yè)，如果繼續(xù)采用原采礦方法則生產(chǎn)效率低、采礦損失貧化大，難以滿(mǎn)足礦山安全高效生產(chǎn)的要求。因此，開(kāi)展緩傾斜復(fù)雜多變礦體安全高效開(kāi)采技術(shù)試驗(yàn)研究，創(chuàng)新傳統(tǒng)的緩傾斜礦體采礦技術(shù)，提高采礦機(jī)械化水平及勞動(dòng)生產(chǎn)效率，可提高該礦山緩傾斜復(fù)雜多變礦體開(kāi)采的技術(shù)水平，也對(duì)企業(yè)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的目標(biāo)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。

2 采礦方法初選

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合礦體賦存條件：礦體傾角45°左右，少部分急傾斜礦體；主要礦體平均厚度0.82～3.61 m，屬薄礦體。例如，Ⅱ-1號(hào)礦體平均厚度3.61 m，礦體及頂?shù)装鍑鷰r完整穩(wěn)固，水文地質(zhì)條件

簡(jiǎn)單，礦石價(jià)值中等，礦石部分存在結(jié)塊性，但無(wú)自燃性。根據(jù)礦山的實(shí)際情況，參考國(guó)內(nèi)外該類(lèi)礦體所采用的采礦方法［7-11］，提出了錨桿護(hù)頂壁式全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案（方案一）、偽傾斜分條采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案（方案二）、“V”形工作面推進(jìn)全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案（方案三）、爆力運(yùn)礦采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案（方案四）、留礦全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案（方案五）等5種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案。

1）方案一，錨桿護(hù)頂壁式全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案見(jiàn)圖1，其采場(chǎng)生產(chǎn)能力50 t/d，采礦損失率15 %，礦石貧化率10 %，千噸采切比96 m3/kt。

2）方案二，偽傾斜分條采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案見(jiàn)圖2，其采場(chǎng)生產(chǎn)能力55 t/d，采礦損失率13 %，礦石貧化率12 %，千噸采切比85.7 m3/kt。

3）方案三，“V”形工作面推進(jìn)全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案見(jiàn)圖3，其礦塊生產(chǎn)能力60 t/d，采礦損失率12 %，礦石貧化率6 %，千噸采切比73.68 m3/kt。

4）方案四，爆力運(yùn)礦采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案見(jiàn)圖4，其礦塊生產(chǎn)能力150 t/d，采礦損失率15 %，礦石貧化率12 %，千噸采切比70.52 m3/kt。

5）方案五，留礦全面采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案見(jiàn)圖5，其采場(chǎng)生產(chǎn)能力50 t/d，采礦損失率12 %，礦石貧化率9 %，千噸采切比25.4 m3/kt。

通過(guò)對(duì)各個(gè)方案的分析可以看出，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，很難確定合理的采礦方案。因此，下一步將采用層次分析與模糊數(shù)學(xué)方法將定性和定量指標(biāo)統(tǒng)一進(jìn)行多因素的模糊數(shù)學(xué)綜合比較，確定最佳采礦方案。

3 采礦方法優(yōu)選

3.1 評(píng)價(jià)集與因素集的選擇

模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判通過(guò)構(gòu)造等級(jí)模糊子集，把反映評(píng)判對(duì)象的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化，然后進(jìn)行模糊決策。

評(píng)價(jià)集（v）即初選方案，對(duì)于采礦方法選擇而言，因素集（u）即影響采礦方法選擇而考慮的因素。綜合礦山的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并結(jié)合采礦方法選擇所考慮的安全因素和技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，選擇8個(gè)指標(biāo)因素。根據(jù)指標(biāo)因素取值的特點(diǎn)，指標(biāo)因素又分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)。

3.2 指標(biāo)判定

評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的原則是以盡量少的指標(biāo)，反映最主要和最全面的信息。根據(jù)礦山自身的開(kāi)采技術(shù)條件，本文從安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)3個(gè)方面對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選取。其中，由于巖石穩(wěn)固性一般，因此把采場(chǎng)安全性作為安全評(píng)價(jià)指標(biāo)；其次對(duì)采場(chǎng)生產(chǎn)能力、礦石貧化率、采礦損失率、采切比進(jìn)行分析，作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)；最后將通風(fēng)條件、機(jī)械化程度、工藝復(fù)雜程度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各個(gè)方案從技術(shù)方面進(jìn)行分析。由于定性指標(biāo)具有模糊的特點(diǎn)，不同人的評(píng)判具有一定的差異性，為了使評(píng)判具有代表性、科學(xué)性，將定性指標(biāo)按分?jǐn)?shù)高低進(jìn)行分類(lèi)，見(jiàn)表1。根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)，將定性指標(biāo)進(jìn)行模糊定量評(píng)價(jià)，求其平均數(shù)，即模糊定量值。

定量指標(biāo)結(jié)合該礦山實(shí)際情況，采用調(diào)查問(wèn)卷的方式，將各采礦方法定性指標(biāo)發(fā)給礦山相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行打分，取其平均值，最終得到定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的估值，見(jiàn)表2。

3.3 構(gòu)造因素影響評(píng)判矩陣

評(píng)判矩陣根據(jù)因素集中的8個(gè)因素指標(biāo)確定，把5個(gè)方案中的因素值作為列，構(gòu)成指標(biāo)矩陣V。

3.4 確定各因素的權(quán)重

各因素的權(quán)重采用層次分析法確定，建立層次結(jié)構(gòu)模型（見(jiàn)圖6），根據(jù)采礦方法選擇所考慮的準(zhǔn)則，準(zhǔn)則層包括安全因素和技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素兩方面。安全因素準(zhǔn)則包括安全性、通風(fēng)條件和機(jī)械化程度3個(gè)指標(biāo)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素準(zhǔn)則包括采切比、采場(chǎng)生產(chǎn)能力、礦石貧化率、采礦損失率、工藝復(fù)雜程度5個(gè)指標(biāo)。因素重要程度判斷值見(jiàn)表3，準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層判斷矩陣見(jiàn)表4。

3.6 工程應(yīng)用

根據(jù)優(yōu)選的采礦方案，在礦山進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。礦體形態(tài)較復(fù)雜、礦體厚度變化大，礦體整體走向?yàn)楸蔽?，產(chǎn)狀較緩，傾角在37°～-45°。礦塊長(zhǎng)度約50 m，平均厚度2.5 m，礦石平均品位2.89 g/t。由于礦體中品位分布的不均勻性，使礦體中夾石常現(xiàn)，并造成局部分支復(fù)合、膨大縮小、尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象產(chǎn)生。試驗(yàn)礦塊地質(zhì)儲(chǔ)量信息見(jiàn)表9。

試驗(yàn)采場(chǎng)使用YT-28型手持式氣腿鑿巖機(jī)鑿上向炮孔。使用一字型硬質(zhì)合金釬頭，釬頭直徑38 mm，B22中空六角釬桿，釬桿長(zhǎng)度2.0 m。炮孔直徑40 mm，施工后孔深約1.8 m，傾角40°，傾向與礦體傾斜方向一致，按照礦體全厚一次性向前推進(jìn)。爆破參數(shù)：排距1.2 m，孔間距1.2 m，采用梅花形布孔，爆破塊度見(jiàn)圖7，取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表10。

通過(guò)采礦方法試驗(yàn)研究，針對(duì)礦區(qū)緩傾斜復(fù)雜難采薄礦體開(kāi)采時(shí)存在的各項(xiàng)難點(diǎn)問(wèn)題，提出了留礦全面采礦法的開(kāi)采方式，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，所完成的采礦方法試驗(yàn)具有采礦回采率高、礦石貧化率低、生產(chǎn)能力大、地壓控制效果好等一系列的優(yōu)勢(shì)，是一種各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、工藝合理的采礦方法。

4 結(jié) 論

1）參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)礦體開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合礦山實(shí)際開(kāi)采技術(shù)條件，初步提出了錨桿護(hù)頂壁式全面采礦法、偽傾斜分條采礦法、“V”形工作面推進(jìn)全面法、爆力運(yùn)礦采礦法、留礦全面采礦法5種典型方案，并對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)描述。

2）基于層次分析和模糊數(shù)學(xué)理論，考慮各方案在安全性、通風(fēng)條件、機(jī)械化程度、采場(chǎng)生產(chǎn)能力等方面的優(yōu)劣表現(xiàn)，通過(guò)理論分析與計(jì)算得到所提出的4種該類(lèi)型典型礦體采礦方案的相對(duì)偏差C=（0.6，0.734 6，0.807 1，0.842 1，0.58），最終選擇留礦全面采礦法為最優(yōu)方案。

3）將最優(yōu)方案付諸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在礦山進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：采場(chǎng)生產(chǎn)能力為70 t/d，采礦損失率為13 %，礦石貧化率為12 %，試驗(yàn)結(jié)果表明，該種采礦方法回采作業(yè)安全、采場(chǎng)生產(chǎn)能力大、采礦損失率較低，能夠很好地實(shí)現(xiàn)礦山安全高效開(kāi)采目標(biāo)。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Abstract：To solve the problem of complex and variable moderately inclined thin ore body mining in a gold mine，based on the initial selection of mining methods，the method of analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation was comprehensively applied，and 8 indicators such as safety，ventilation conditions，mechanization degree，mining cut ratio，mining production capacity，ore dilution rate，mining loss rate，and process complexity were qualitatively and quantitatively weighted to determine the optimal scheme.The finally optimized mining plan was verified by on-site industrial tests，and the technical and economic indicators of the mining field were greatly improved.The on-site test results further verified the engineering feasibility and effectiveness of the analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation in mining method optimization.

Keywords：moderately inclined thin ore body;analytic hierarchy process;fuzzy comprehensive evaluation;mining method；safe and efficient mining