賀坤，李歡，劉劍，聶都超

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 岳陽市 431139)

0 引言

在礦體回采過程中，采礦方法的選擇和利用是最關(guān)鍵的，根據(jù)礦體實際情況，如何選擇高效的采礦方法關(guān)系到礦山企業(yè)的發(fā)展與前景，之前采礦方法選擇主觀性太強，特別是在多種采礦方法均適用的情況下，只能借助于經(jīng)驗類比對其進(jìn)行選擇，很難通過定量的方式進(jìn)行評價。因此，本文采用多目標(biāo)模糊決策法對所提的采礦方法進(jìn)行優(yōu)選評估，綜合考慮各種因素，從定量的角度決策出最優(yōu)方法[1?2]。

1 工程概況

某金礦礦體以脈狀、透鏡體狀為主，主要為含金石英脈，其中石英脈的金含量高，礦體平均厚度1.8 m，傾角15°～25°，礦體穩(wěn)定性較好，頂?shù)装寰鶠榘鍘r。

2 采礦方法初選

針對某金礦緩傾斜薄礦脈，為了降低貧化損失，提高生產(chǎn)效率和機械化程度，根據(jù)礦山生產(chǎn)實際的需求，結(jié)合礦體開采技術(shù)條件，提出了兩種緩傾薄礦脈采礦方法：方案一為兩步驟傾斜分條嗣后尾砂膠結(jié)充填采礦法；方案二為上向水平進(jìn)路+分層聯(lián)合尾砂膠結(jié)充填采礦法。

2.1 兩步驟傾斜分條嗣后尾砂膠結(jié)充填采礦法

（1）礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。將礦體沿傾向方向劃分兩步驟條帶形采場，一步驟采場寬度為6～8 m，二步驟采場寬度為8～10 m，中段高度為30～40 m，斜長60～70 m，不留設(shè)間柱，留設(shè)2 m 頂柱，底部留設(shè)少量的三角底柱用于集礦和裝礦。礦塊布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1 所示。

圖1 兩步驟傾斜分條嗣后尾砂膠結(jié)充填采礦法

（2）采切工程布置。首先在第一步驟采場中間，沿傾斜方向向上掘進(jìn)一條2 m 寬的切割上山巷道，要求切割巷道開掘范圍為頂板至底板，具體掘進(jìn)的上山切割巷道高度依據(jù)礦體厚度確定，厚度不夠之處必須破底，切割巷道連通上下兩個中段的脈內(nèi)主運輸巷道。而后在底部留設(shè)三角集礦礦柱并保留出礦口，礦柱出礦口架設(shè)鋼構(gòu)裝礦平臺。

（3）回采工藝。采場回采順序以切割上山為自由面，由上至下后退式回采，切割上山巷道掘進(jìn)采用YT28 鉆機施工孔徑30～40 mm 的炮孔，孔深控制在2.2 m 左右，采用現(xiàn)有掘進(jìn)工藝和爆破器材進(jìn)行爆破，周邊采用光面爆破技術(shù)以確保頂板完整。切割巷道完整形成后，對兩側(cè)剩余的第一步驟礦房采場礦體采用單臂鑿巖臺車施工淺孔，下向30°～40°的傾斜淺孔，孔徑為30～40 mm，孔深為3～4 m，孔底要求在同一直線位置。確保一步驟爆破后兩側(cè)幫壁規(guī)整，待左右兩側(cè)的所有爆破一次全部施工完畢，采用1～2 次大規(guī)模側(cè)向爆破崩落第一步驟礦房采場內(nèi)（切割巷兩側(cè)）的全部礦體。

（4）采場頂板管理。在該切割上山巷道內(nèi)采用傾斜長錨桿預(yù)控制切割上山兩側(cè)4～5 m 范圍內(nèi)的頂板，采用短錨桿和預(yù)加固的長錨索聯(lián)合控制現(xiàn)有切割巷道頂板，局部地段掛網(wǎng)補充支護(hù)。

（5）空區(qū)處理。第一步驟全部回采出礦完畢后拆卸裝礦平臺，采用柔性擋墻封堵下部采場入口，確保預(yù)留原主運輸巷道，充填管道從上部中段布設(shè)進(jìn)入采場內(nèi)，開始進(jìn)行一步驟空區(qū)尾砂膠結(jié)充填，要求一步驟采場空區(qū)充填體的整體強度達(dá)到0.9～1.1 MPa。而后采用同樣的辦法進(jìn)行第二步驟充填，第二步驟充填體的強度為0.3～0.5 MPa。

（6）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力65 t/d；損失率5%～8%；貧化率2%～3%；千噸采切比27.9 m/kt；直接成本33.39 元/t。

2.2 上向水平進(jìn)路+分層聯(lián)合尾砂膠結(jié)充填采礦法

（1）礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)。將礦體在沿走向上劃分獨立采場，設(shè)置采場長度為100 m，寬度為礦體厚度，高度為階段高度，不留設(shè)頂柱和間柱，留設(shè)3 m底柱保護(hù)現(xiàn)有中段巷道。在采場內(nèi)劃分水平推進(jìn)的回采進(jìn)路工作面，而后以進(jìn)路為空間向上挑頂形成整體分層回采空間，進(jìn)路尺寸要求符合鑿巖和出礦設(shè)備的通行，必要時采取破底措施以滿足設(shè)備運行的需求。礦塊布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2 所示。

圖2 上向水平進(jìn)路+分層聯(lián)合尾砂膠結(jié)充填采礦法

（2）采切工程布置?？傮w采準(zhǔn)工程布置系統(tǒng)為脈內(nèi)外聯(lián)合采準(zhǔn)布置方式，首先在礦體脈內(nèi)中間位置布置1 條斜坡道，斜坡道貫通上下已經(jīng)形成的中段主運輸巷道。在采場兩端脈內(nèi)各布置1 條通風(fēng)人行上山，在采場中間脈外布置1 條溜礦井，礦石溜井的開口位置選擇在斜坡道中間段的脈外下盤3～5 m 處，下口設(shè)置在下中段的裝礦穿脈內(nèi)。實現(xiàn)采場脈內(nèi)中央單一斜坡道+脈內(nèi)兩端通風(fēng)人行上山+中央脈外礦石溜井+底部裝礦穿脈巷道共同構(gòu)成全套采準(zhǔn)系統(tǒng)工程。在開采過程中斜坡道邊采邊充填，兩端上山設(shè)置在脈內(nèi)，在充填過程中必須架設(shè)充填隔墻。

（3）回采工藝。布置一條坡度15%以內(nèi)的斜坡道，掘進(jìn)采用小型單臂淺孔鑿巖臺車進(jìn)行上行掘進(jìn)，孔徑為30～40 mm，孔深為3～4 m，孔網(wǎng)參數(shù)為0.8 m×0.8 m 可調(diào)。其余采場內(nèi)的采準(zhǔn)切割巷道掘進(jìn)采用YT28 鉆機施工直徑為30～40 mm 的炮孔，孔深控制在2～2.2 m 以內(nèi)，采用現(xiàn)有爆破工藝和爆破器材進(jìn)行爆破，周邊采用光面爆破技術(shù)以確保頂板和巷道壁完整。分層拉底巷道（進(jìn)路）采用小型單臂鑿巖臺車水平推進(jìn)，拉底巷道（進(jìn)路）施工過程中必須確保設(shè)備的通行和操作，實行礦廢分采分出。分層拉底巷道完整形成后，采用鑿巖臺車在拉底巷道內(nèi)向上施工3～4 m 的上向傾斜炮孔，整層上挑炮孔一次性施工，施工后一次性大規(guī)模壓頂爆破，實現(xiàn)進(jìn)路加分層的聯(lián)合高效采礦局面。

（4）采場頂板管理。由于該處頂板圍巖和礦體的穩(wěn)固性較好，采準(zhǔn)工程內(nèi)全部采用錨桿支護(hù)，局部破碎地段采用錨桿網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)即可。采場內(nèi)支護(hù)和控頂：分層進(jìn)路內(nèi)將對上盤形成斜長2～3 m（約150～180 m2）的暴露范圍，回采過程中必須及時進(jìn)行錨桿+錨索支護(hù)，而且支護(hù)必須對上盤的暴露空間上部進(jìn)行必要的超前支護(hù)，以確保分層內(nèi)2次大規(guī)模爆破時和出礦時的上盤頂板安全可靠。

（5）空區(qū)處理。分層拉底巷道形成后，在分層內(nèi)鏟出全部礦石，封堵兩端上山口后進(jìn)行充填，充填管從斜坡道內(nèi)接入分層空區(qū)進(jìn)行充填，充填體強度要求0.3～0.5 MPa 即可。同一采場內(nèi)可以左右同時布置回采分層作業(yè)面，之間的廢石可以由長進(jìn)路補充至先回采完畢的短進(jìn)路內(nèi)進(jìn)行相互分層充填墊底。

（6）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采場生產(chǎn)能力57 t/d；損失率6%～10%；貧化率8%～10%；千噸采切比13.7 m/kt；直接成本32.8 元/t。

3 采礦方法優(yōu)選

3.1 多目標(biāo)模糊決策法模型[3?5]

本模型的方案集為S={s1,s2}={兩步驟傾斜分條嗣后尾砂膠結(jié)充填采礦法，上向水平進(jìn)路+分層聯(lián)合尾砂膠結(jié)充填采礦法}，A=(a1,a2)為最優(yōu)方案在S上的模糊集。

采礦方法選擇的主要影響要素包括生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)因素、資源利用率、安全性因素和采礦方法合理性等要素。因此，根據(jù)對采礦方法選擇的各個影響要素，建立了各因素集V=（v1，v2，…，v10），B=（b1，b2，…，b10）為V上的模糊集，代表各個因素在采礦方法選擇中的比重。在此基礎(chǔ)上建立了模糊評判矩陣R=(rij)10×2,rij代表第j個方案的第i個因素的隸屬度。因此，由方案集S、因素集V、評判矩陣R組成了三元評判空間(S,V,R)，最后再利用加權(quán)平均模型進(jìn)行計算評估，從而得到了一個評判A=B·R，基于最大隸屬度準(zhǔn)側(cè)，最后評選出最佳方案。

3.2 確定影響因素權(quán)重[6?8]

由于各個采礦方法選擇影響因素中各因素所占的比重不同，在確定模型的基礎(chǔ)上，使用層次分析法確定出各因素的比重，確定的采礦方法層次結(jié)構(gòu)模型如圖3 所示。

圖3 采礦方案選擇層次結(jié)構(gòu)模型

每一個層次對各要素采用表1 所示的標(biāo)度進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果，進(jìn)行重要性評估，從而得到模糊判別矩陣。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

（1）判斷矩陣A見表2。

表2 判斷矩陣A

（2）判斷矩陣B2見表3。為了對模糊矩陣的相容性進(jìn)行判斷和檢驗，定義了式（1）來判別其不相容度：

表3 判斷矩陣B2

根據(jù)式（1）可知，當(dāng)CI≤0.1 時，表示得出的矩陣相容性好，反之就要針對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。為了求CI，可先計算出該矩陣的最大特征值，根據(jù)矩陣的特性，當(dāng)矩陣A滿足各值都≥1 時，表明該矩陣的相容性好。

由此可知，上述所得矩陣相容性均好，因此，可以利用矩陣的最大特征值λmax所對應(yīng)的向量作為其代表的權(quán)重向量進(jìn)行計算，計算公式如下：

根據(jù)矩陣最大特征是所對應(yīng)的向量計算公式可以得出B層因素對上層A因素的權(quán)重為：F=（0.582，2.371，0.815，2.627，0.339）

將上述得出的比重值進(jìn)行歸一化處理后得出：

同樣對C層次和B層次的關(guān)系進(jìn)行處理，結(jié)果為：

因此，B層次各因素對C層次的矩陣見表4。

由表4 得出C層次各個因素對目標(biāo)層次A的總排序比重值為：

表4 B 層次各因素對C 層次的矩陣

3.3 采礦方案模糊決策法

根據(jù)各采礦方法影響因素，結(jié)合評判步驟和原理，得到采礦方法方案的主要因素評定指標(biāo)見表5。

表5 采礦方法方案主要因素指標(biāo)

采礦方案模糊決策優(yōu)選矩陣R為：

方案I 方案II

采用上述方法進(jìn)行計算，結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬的原則，得出最優(yōu)方案為方案Ⅰ兩步驟傾斜分條嗣后尾砂膠結(jié)充填采礦法。

4 結(jié)論

采用層次分析法進(jìn)行采礦方法選擇，將各個影響因素進(jìn)行量化，計算得出了采礦方法的比重值，方案I 的比重為0.611，方案II 的比重為0.389，方案I 大于方案II，得出方案I 為最優(yōu)方案。模糊數(shù)學(xué)與層析分析法相結(jié)合對采礦方法的選擇具有一定的科學(xué)意義和推廣價值，減少了人為主觀影響，可為后續(xù)采礦方法選擇提供技術(shù)借鑒。