豐山銅礦北緣采礦方法優化比較

高 進

(大冶有色金屬股份有限公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦北緣采礦方法優化比較

高 進

(大冶有色金屬股份有限公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦北緣采用的壁柱式上向水平分層尾砂充填法是在當時銅價格不到2萬元/t情況下，主要從提高生產能力考慮而設計采用的。目前銅價格基本穩定在6萬元/t以上，顯然原設計已很不合理，通過分析對比點柱式上向分層充填、壁柱式上向水平分層尾砂充填、上向水平分層進路充填的各項技術經濟以及模糊數學方法綜合評價結果，得出了使用上向水平分層進路充填法在北緣礦體更優化的結論。

采礦方法選擇;模糊數學方法;豐山銅礦

0 前言

豐山銅礦位于湖北省陽新縣富池鎮，是一座開采了近30年的中型老礦山。豐山銅礦井下開采分為南、北緣礦帶兩個部分。北緣原設計為上向水平分層尾砂和膠結充填法，即礦柱膠結充填、礦房尾砂充填的兩步驟回采方法，由于該采礦方法工藝復雜、礦塊生產能力低、成本高等原因，1985年改為上向水平分層點(條)柱尾砂充填法，該法因礦石損失較大，安全性較差，2003年已在北緣－150 m中段試驗采用壁柱式上向分段尾砂充填法。北緣生產能力初期為500 t/d，目前已基本達到900～1000 t/d。

由于目前豐山銅礦北緣所采用的壁柱式尾砂上向分段充填采礦方法存在工藝復雜、礦塊生產能力低、成本高、礦石貧化損失大，安全性較差等問題。為確保礦山生產穩定、持續發展必須對豐山銅礦深部回采和充填的工藝進行優化，確定合理的工藝參數和主要技術經濟指標，為生產管理提供依據。

1 開采技術條件

北緣主礦體為501號礦體，呈似層狀、透鏡狀分布于7～21線，其中11～13線間礦體連續性較差。礦體走向7～16線300°左右，17～19線轉為225°，19～21線為東西向，礦體傾向從東往西由南西轉向南東，再轉為南。傾角變化大，一般在55°～75°之間。礦體出露起伏變化大，位于+65～－400 m標高。礦體厚度變化大，沿走向、傾向均具有脹縮現象，最厚達50 m，一般厚度在6～15 m之間。礦體的形態、產狀嚴格受接觸帶形態、產狀的控制。礦體主要由矽卡巖型礦石組成，部分地段由大理巖型礦石和少量的花崗閃長斑巖型、角礫巖型礦石組成。礦體平均品位0.84%，沿礦體走向－7～8線、14～－14線、17～－17線銅品位較高，其它地段銅品位偏低;礦石類型中，以矽卡巖中銅品位較高，大理巖型、花崗閃長斑巖型、角礫巖型礦石中銅品位較低，總之，501號礦體強化強度偏弱。上盤圍巖為花崗閃長斑巖，下盤圍巖為大理巖。

概括起來，豐山銅礦北緣礦床礦體的賦存狀態和開采技術條件具有以下特點:

(1)傾角較大，礦體傾角一般為65°及以上;

(2)厚度中厚，礦體厚度平均為15 m左右;

(3)礦體底板穩固，但頂板圍巖較破碎，不穩固;

(4)礦體中穩至不穩固;

(5)礦體連續性較好;

(6)地表不允許崩落，地下采空區必須充填處理。

2 北緣采礦方法選擇

根據豐山銅礦礦體賦存條件，對優化選擇的采礦方法進行典型方案設計。典型礦塊參數確定為:礦體平均傾角65°，礦體平均厚度15 m(對應水平厚度約16.55 m)，中段高度60 m。

(1)方案Ⅰ，點柱式上向分層充填采礦法。先將礦塊劃分成若干采場，在有兩幫圍巖及點柱支撐的礦石頂板下，以充填體作為工作底板，上向分層逐層回采、充填作業，崩落礦石采用小型鏟運機鏟運至采場溜井，典型方案見圖1。

圖1 點柱式上向水平分層充填采礦法典型方案

(2)方案Ⅱ，壁柱式上向水平分層尾砂充填采礦法。將礦塊劃分成采場，上向分層逐層回采、充填，以充填體作為下分層作業的工作底板，崩落礦石采用小型鏟運機鏟運至采場溜井。先回采礦房，礦房與礦房之間留有條形礦柱。在礦體上盤圍巖不穩固段留1 m的連續護壁柱保護上盤圍巖，礦房回采結束后，在礦體穩固的情況下將條形礦柱進行部分回收，形成點柱，整個采場回采結束后進行充填。典型方案見圖2。

圖2 壁柱式上向水平分層充填采礦法典型方案

(3)方案Ⅲ，上向水平分層進路充填采礦法。將礦塊劃分成采場，對整個采場而言，每分層劃分成若干進路，以進路為單元，各進路間隔回采、充填，并以分層方式由下向上逐層回采。一期進路隔一采一，二期進路充二采一，待一期進路充填養護足夠時間之后，再回采二期進路。整個分層各采場進路回采充填完后，再回采上分層進路。由于每條進路回采后，都及時進行了充填，有效地控制了頂板暴露面積與暴露時間。典型方案如圖3所示。

圖3 上向水平分層進路充填采礦法典型方案

3 技術經濟分析

根據豐山銅礦北緣礦體開采技術條件及工程現狀，對方案Ⅰ、方案Ⅱ和方案Ⅲ進行技術經濟分析和優缺點比較，見表1和表2。

表1 北緣各采礦方法方案技術經濟比較

表2 北緣各采礦方法方案優缺點比較

4 采礦方法最優方案的確定

參照有關文獻，建立模糊數學模型。影響采礦方法選擇的因素很多，根據豐山銅礦的具體情況，采礦方法選擇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如圖4所示。

圖4 采礦方法選擇影響因素的層次結構

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。

由表3 可知，W=(0.15，0.11，0.12，0.11，0.140.14，0.11，0.12)。

由初選結果可知，決策論域{方案Ⅰ，方案Ⅱ，方案Ⅲ}，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7個標準進行評比，各因素的權重值見表3，各方案的主要因素評價見表4。

表3 因素權重W值計算

表4 各方案主要因素評價

評價指標值單位不同，為具有可比性，首先需要無量綱化，之后可構成一個評價矩陣R，其中對定量指標rij由下式確定:

當fj為負指標時

當fj為正指標時

式中:fjmax——j因素指標的最大值;

fjmin——j因素指標的最小值;

d——極差值，d=fjmax－fjmin;

fij——Ⅰ方案j因素的指標值。

對其余定性指標采用等級評定法，按如下7級賦值標準給出評定值:最差(0～0.05)，差(0.05～0.20)，較差(0.20～0.35)，中等(0.35～0.50)，較好(0.50～0.65)，好(0.65～0.80)，最好(0.80～0.95)。

由此得評價模糊矩陣R為:

運用加權平均模型M(·，⊕)對各方案進行評價，計算結果為:

方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的特征值分別為0.694，0.668，0.777，根據最大隸屬度原則，采用模糊數學方法對各方案的優缺點、技術經濟、安全性等方面進行綜合評價，各方案從優到劣基本排序可列為:方案Ⅲ、方案Ⅰ、方案Ⅱ。

5 結論

根據北緣礦體開采技術條件和開采現狀及國內外礦山，初選了點柱式上向水平分層充填采礦法、壁柱式上向水平分層全尾砂充填采礦法、上向水平分層進路充填采礦法等采礦方法，通過對各方法的方案設計、優缺點分析，技術經濟比較以及模糊數學方法綜合評價得出:

(1)點柱式上向水平分層充填采礦法與壁柱式上向水平分層進路充填采礦法的充填及回采工藝相對簡單，但這兩種方案均需留取點柱或條形壁柱減少頂板或上盤圍巖暴露面積，以保證人員及設備作業安全，兩種方法均存在點柱或壁柱礦石損失大，護頂工作困難等缺點;

(2)上向水平分層進路充填采礦法不需留點柱或條形礦柱，能有效控制上盤圍巖暴露面積，礦石回采損失率和貧化率低，資源回收率高;回采對礦體邊界適應性好，但采礦成本方面稍高于點柱式上向水平分層充填采礦法和壁柱式上向水平分層進路充填采礦法;

(3)通過對3種方案采用模糊數學方法綜合評價得出上向水平分層進路充填采礦法為北緣開采最優采礦方法，點柱式上向水平分層尾砂充填采礦法次之。

［1］ 史太祿，任鳳玉，等.模糊數學在采礦方法優選中的應用［J］.金屬礦山，2007，(11):29－31.

［2］ 肖木恩.模糊數學在采礦方法選擇中的應用［J］.礦業研究與開發，2003，23(1):15－17.

［3］ 《采礦手冊》編輯委員會.采礦設計手冊(第4卷)［M］.北京:冶金工業出版社，2006.

［4］ 王 青.采礦學［M］.北京:冶金工業出版社，2003.

2011－07－13)

高 進(1976－)，男，湖北漢陽人，助理工程師，主要從事于礦山采礦生產及技術管理。