急傾斜極薄礦脈采礦方法優選研究

張伶年,尹彥波

(1.桃江久通銻業有限責任公司, 湖南桃江縣 413400;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

急傾斜極薄礦脈采礦方法優選研究

張伶年1,尹彥波2

(1.桃江久通銻業有限責任公司, 湖南桃江縣 413400;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

結合板溪銻礦礦床特征,采用方案技術比較、綜合經濟比較和模糊綜合評判三種技術方法比較優化選擇采礦案,確定了上向水平分層廢石充填采礦法為礦山開采的最優采礦方法,并在生產實際中得到了應用,取得了良好的技術和經濟效果。

采礦方法選擇;上向水平分層廢石充填采礦法;急傾斜薄礦脈

桃江久通銻業有限責任公司(原桃江縣板溪銻礦)所開采礦體為急傾斜薄礦體,有用礦物為輝銻礦。礦體具有傾角陡、厚度小、品位較高;礦體及圍巖節理裂隙較發育、尖滅再現常見;礦巖分界明顯,較易于分離;礦體與上下盤圍巖一般有斷層面相隔、埋藏深度大等特點。原采用留礦法回采,常出現礦石放不下等問題,后改為硐室取石的干式充填法回采。由于每次爆破后有大量品位很高的粉礦落入充填料中,其金屬損失量約為15%左右,且采場生產能力小,采礦效率低、貧化大、成本高,采場作業勞動強度大,同現代采礦技術相比,在采礦工藝、采礦效率、采礦經濟技術指標等方面,尚存在進一步改進和完善的空間。

1 采礦方法優選

根據研究礦體賦存條件,初步擬定采礦方法方案為:硐室取石充填采礦方法(方案Ⅰ);上向水平分層廢石充填采礦法(方案Ⅱ);砌柱電耙留礦采礦法(方案Ⅲ);削壁充填采礦法(方案Ⅳ)。

從板溪銻礦礦體開采技術條件、礦山現有技術裝備現狀和礦山生產實際出發,制定本采礦方法方案應遵循的基本原則是:安全原則;高效原則;低貧損原則;低成本原則;工藝簡單。

為優選適宜的采礦方法,從技術比較、綜合經濟比較以及模糊綜合評判三個方面進行了方案優選。

1.1 采礦方案技術比較

上述初選的4個采礦方案,在桃江久通銻業有限責任公司開采礦體賦存條件下,都是可以實現的技術方案,各方案技術經濟指標及其優缺點見表1。

綜合表1所列各方案的技術經濟指標及優缺點可以看出,各方案從優到劣的排序可列為方案Ⅱ、方案Ⅳ、方案Ⅰ和方案Ⅲ,其中方案Ⅲ由于礦體具有氧化結塊的趨勢,如采下礦石存貯時間過長,易引起結塊而影響重力放礦。

表1 各方案技術比較

1.2 采礦方案綜合經濟比較

為全面、準確衡量各方案,對各個方案進行了綜合經濟比較。在經濟比較中,采用和參照礦山現階段各項作業成本和相關方案的技術經濟指標為計算依據,以1000t地質儲量和含銻品位15%為計算基準,考察各方案的最終經濟效果。各采礦方案綜合經濟比較見表2。

從表2可知,以單位采出礦石所獲利潤和單位地質礦量所獲利潤作為衡量指標,各方案從優到劣的排序可列為方案Ⅳ、方案Ⅲ、方案Ⅱ和方案Ⅰ。

表2 各方案綜合經濟指標比較

1.3 采礦方案模糊綜合評判

為了全面準確地評價各方案,達到最優化的目標,考慮到選擇采礦方法需要考慮的因素很多是不定量因素,具有模糊性,因此,采用模糊數學理論對各方案進行分析和綜合評判是比較合理的。

根據桃江久通銻業有限責任公司的具體情況,最佳采礦方法A主要考慮以下幾個因素:安全因素(B1)、經濟因素(B2)、資源因素(B3)、效率因素(B4)。各層次諸因素間的關系見圖1。各分指標(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)對總目標A的權重分配值可由表3計算求得。

圖1 采礦方法選擇層次結構

表3 因素權重W值的計算

由表3可知,W=(0.46,0.05,0.09,0.02,0.02,0.10,0.21,0.05)。

由初選結果可知,決策論域{方案Ⅰ,方案Ⅱ,方案Ⅲ、方案Ⅳ},影響采礦方法選擇的主要因素集合為V={頂板安全C1,通風條件C2,采礦成本C3,采切比C4,損失率C5,貧化率C6,采礦工效C7,生產能力C8}。上述各因素中定量指標參考本礦和國內外類似礦山選取,定性指標則由專家按最差、差、較差、中等、較好、好、最好等7個標準進行評比,各方案主要因素指標見表4。

表4 各方案主要因素指標

為具有可比性,首先需要對表4中的數量指標去量綱化,之后構成一個評價矩陣R:

運用加權平均模型M(·,⊕)對各方案進行評價,A=W°R,計算結果為:

用模糊數學方法計算得出方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ的評價特征值分別為0.441、0.588、0.837和0.502,根據最大隸屬度原則可以得出優勢方案的排序為方案Ⅲ、方案Ⅱ、方案Ⅳ和方案Ⅰ,方案Ⅲ在模糊評價中具有優勢。

2 采礦方法方案確定

各方案經過技術比較、綜合經濟比較和模糊數學綜合評判,對各方案所能達到的技術經濟指標和固有優缺點進行了較為系統、深入細致的分析。方案技術比較:方案Ⅱ顯示出一定的技術和經濟優勢,一是表現在采場生產能力、采礦損失率、采礦貧化率和采礦直接成本的綜合優勢上,二是在井下就地消化了掘進廢石,特別是采場以上中段產生的廢石可以不經提升直接進入采場充填,將大大減少井下廢石的提升運輸費用;方案Ⅲ則由于其礦石具有氧化結塊趨勢,留于采場中的礦石可能產生結塊而影響礦石的最終放出。綜合經濟比較,方案Ⅳ和方案Ⅲ顯示出一定的綜合優勢;方案Ⅱ次之。模糊數學綜合評判:方案Ⅲ顯示出綜合優勢,它的特點是生產能力大,采礦成本低,但在采切比、采礦損失率和采礦貧化率方面最差,在采場寬度小于1m的采場中用電耙出礦也存在一定的難度,采空區不能得到及時處理,該方案顯示具有綜合優勢,與綜合評判模型的設計不無關系;其次為方案Ⅱ。

綜上所述,綜合三個比較環節的結果,方案Ⅱ應是所有方案中的最佳方案,其次是方案Ⅳ,方案Ⅰ最差,即新擬定采礦方案均比礦山在用采礦方法具有優勢,方案Ⅱ表現更為突出。因此,確定上向分層廢石充填采礦法為最佳采礦方法。

3 結 論

從桃江久通銻業有限責任公司的生產實際和板溪銻礦床急傾斜極薄礦脈的開采技術條件出發,經過方案擬定、方案技術比較、方案綜合經濟比較和模糊數學綜合評判,最終確定方案Ⅱ即分段上向分層廢石充填采礦法為所有方案中的最優方案。該采礦方法的采場生產能力相對較大,采準布置簡單,采切工程量少,采礦損失少、貧化低,采礦效率較高,采礦成本較低,使用設備簡單,不需另外增加設備投資,對礦體厚度的適應能力較強,能容納大量的井下掘進廢石,采空區可以得到及時處理,這些因素的累積形成了該方法的綜合優勢,如計入采場廢石充填所降低的廢石排放成本,則其經濟優勢更為突出。

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[4]晏廷璽.松樹腳分礦中厚緩傾斜礦體采礦方法的模糊優選[J].采礦技術,2009,9(3):10～11,14.

2010-02-25)

張伶年(1971-),男,湖南桃江人,工程師,主要從事采礦工程技術工作,Email:672067276@qq.com。