基于改進CRITIC-TOPSIS的急傾斜薄礦脈采礦方法優選與應用

姜群 曾鵬 陳秋松 王道林

摘要：針對急傾斜薄礦脈可選采礦方法有限、貧損指標控制難等問題，為科學合理選取采礦方法，建立了改進CRITIC和逼近理想解（TOPSIS）的評價模型，并應用到某鉛鋅礦采礦方法優選中。建立采礦方法綜合評價指標體系，采用改進CRITIC法確定指標客觀權重，通過計算綜合優越度，得出中深孔落礦分段空場采礦法為最優采礦方法。現場工業試驗表明：采用該采礦法獲得了采礦損失率11 %，礦塊生產能力310 t/d的良好指標，有效提升了礦山經濟效益，為類似礦山開采提供了新思路和技術。

關鍵詞：急傾斜薄礦脈;改進CRITIC法;采礦方法;逼近理想解;貧化損失

中圖分類號：TD853.2文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）08-0049-04doi：10.11792/hj20200808

引 言

急傾斜薄礦脈可選的采礦方法少，狹窄的作業場地難以利用大型設備和連續開采，在回采過程中，不可避免會崩落上下盤圍巖導致礦石貧化率較高，成為典型的難采礦體之一[1-3]。目前，淺孔留礦采礦法是該類礦體的主要采礦方法，但普遍存在采場生產能力低，回采周期長的問題，嚴重影響了礦山企業經濟效益。因此，為提高這部分難采礦體的開采技術水平，實現礦產資源的最大化利用，對急傾斜薄礦脈低貧損安全開采關鍵技術的相關研究顯得格外重要。

目前，眾多專家和學者針對急傾斜薄礦脈開采技術做了大量的研究工作，取得了較多成果。例如：廖九波等[4]以某極薄金礦脈為研究對象，結合礦山現有開采技術條件，提出采用機械化水平分層削壁充填采礦法進行回采，貧損指標得到有效控制;張連富等[5]以X型細脈帶狀礦體為研究對象，在分析開采現狀后，提出采用上向水平分層充填采礦法進行回采，采用鏟運機出礦，引入預裂爆破控制技術，與淺孔留礦采礦法相比，顯著提升了礦山經濟效益;戚偉等[6]采用中深孔落礦廢石充填采礦法代替淺孔留礦采礦法進行薄礦脈開采，通過開展工業試驗，獲得了較好的效果。

隨著理論研究的不斷深入，通過建立數學評估模型，如模糊數學[7]、UM[8]、博弈論-TOPSIS[9]等進行采礦方法的優選，獲得了較好的應用效果。在進行采礦方法優選時，首先需要構建綜合評價指標體系，然后確定指標權重。當前，層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是多屬性目標決策中指標權重的常規計算方式，具有操作性強的優點。但是，研究表明：AHP對主觀評價者要求較高，受評估者的主觀學識和經驗影響較大，指標權重偏主觀性，可能導致評價結果與實際差距較大[10]。

鑒于此，本文采用改進CRITIC法確定指標權重，建立基于改進CRITIC-TOPSIS的采礦方法綜合優選評價模型，為采礦方法的選擇提供可靠、科學和合理的新方法。

1 改進CRITIC-TOPSIS評價模型

1.1 指標權重確定

CRITIC法最初是Diakoulaki提出的一種以指標相關性和反映信息大小為依據來分配指標客觀權重的理論方法。在實際應用中，由于不同指標之間量綱和量級不同，難以進行比較，可能導致指標權重計算存在誤差。鑒于此，引入變異系數對CRITIC法進行改進，具體計算步驟如下[11-12]：

2 采礦方法優選

2.1 開采現狀

某鉛鋅礦礦巖傾角79°，厚度多為2 m，屬于典型急傾斜薄礦脈。在回采淺部礦體時，一直沿用普通淺孔留礦采礦法，技術相對成熟。但是，隨著淺部資源回采殆盡，開采深度不斷增加，地應力加大，回采過程中問題凸顯，主要表現為：礦巖為千枚巖，巖性軟弱，其片理與礦脈走向近似一致，但與最大主應力方向斜交，在地應力、千枚巖片理、礦脈走向的共同作用下，極易冒頂和片幫，安全問題突出;回采時因爆破震動，導致圍巖片幫冒落，加劇了貧化，而且片幫冒落量大時，極易導致回采高度難以達到設計要求，從而大大降低開采回采率。盡管該礦山采取了調整采場結構參數，合理優化爆破參數，加大支護強度，嚴格出礦制度等一系列控制措施，但對開采過程中回采率和貧損指標控制效果不明顯，因此亟需對現有采礦方法進行優化研究。

2.2 綜合評價指標體系建立

采礦方法的選取主要考慮經濟性、安全性和適用性。在參考文獻[7-9]和咨詢現場專家的基礎上，選取了采礦成本（X1）、采礦損失率（X2）、礦石貧化率（X3）、采切比（X4）、采場生產能力（X5）和實施難易及安全性程度（X6）等6個指標，構建了急傾斜薄礦脈采礦方法優選評價指標綜合體系。根據該礦山生產技術條件，選取了3種采礦方法：無底柱淺孔留礦采礦法（方案1）、中深孔落礦分段空場采礦法（方案2）和削壁充填采礦法（方案3）。各采礦方法評價指標參數取值情況見表1。

3 現場工業試驗

根據優選結果，進行采礦方法設計和現場工業試驗。礦塊沿礦體走向布置，長100 m，寬2.5 m，階段高度60 m，沿垂直方向劃分為3個分段，分段高度20～25 m，間柱5 m，頂柱高4.5 m。在脈外布置出礦運輸巷道，沿礦體走向布置分段巷道，在礦體下盤布置出礦進路，在礦塊中布置脈內切割天井通至上部中段，為初步回采作業提供補償空間，兼作探礦及采礦時通風。在分段巷道與切割槽形成后由切割槽后退式回采，為保障作業安全及礦石集中于一分段作業面附近，各分段間同時后退并形成下向階梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。分段巷道施工后，采用311鑿巖臺車向上鉆鑿垂直孔，孔徑=78 mm，孔深11～15 m，排距1.6 m，邊孔距礦巖分界線0.15 m，最小抵抗線W=1.6 m。爆破采用粒狀乳化銨油炸藥，用裝藥車裝藥，將炸藥送入炮孔，堵塞長度1.9 m，鉆孔完畢后以切割井為自由面進行爆破。爆破后由最底部分層集中出礦。各分段同時落礦，按計劃放空采場內礦石，以減少二次貧化。

通過現場試驗采場工業試驗，采礦方法技術指標對比見表5。

根據現場工業試驗技術參數可以發現：采礦損失率由21 %降低至11 %，回采礦量增加;礦塊生產能力由120 t/d提高到310 t/d，說明中深孔落礦分段空場采礦法在薄礦脈開采方面具有很強的可行性和推

相對于淺孔留礦采礦法，能解決目前礦山在開采極薄至薄礦脈時所面臨的技術、經濟和安全難題。中深孔落礦分段空場采礦法具有顯著優點：機械化程度高，回采效率高，采場采礦周期變短，存窿礦石可以及時放出，不會因長期積壓導致無法放出，進一步提高了礦山的經濟效益;工人勞動強度低，通風條件好，作業人員在分段巷道作業，作業安全環保，無需長時間暴露在采場頂板下鑿巖，無需平場，大大提高了作業安全性;坑木消耗少，礦石回收率大大提高。采場回采周期從原來的8個月縮短為3個月，綜合經濟效益提高約0.9 %。綜上所述，中深孔落礦分段空場采礦法在該礦山急傾斜薄礦脈開采技術上可行，經濟上合理，安全上可靠，為急傾斜薄礦脈礦山安全高效開采探索了新思路，其他同類型礦山可借鑒。

4 結 論

1）為科學合理確定指標客觀權重，引入變異系數對傳統CRITIC法加以改進。采用改進CRITIC法確定指標權重，既可以考慮指標之間的相關性，又保證了權重的客觀性，可以進一步提高優選結果科學性和準確性。

2）根據該礦山現有開采技術條件和礦山賦存條件，提出了無底柱淺孔留礦采礦法、中深孔落礦分段空場采礦法和削壁充填采礦法3種備選采礦方法。根據綜合優越度計算結果（42.2 %、72.9 %、49.9 %），中深孔落礦分段空場采礦法為最適宜的采礦方法。通過現場工業試驗，中深孔落礦分段空場采礦法可以降低采礦損失率，顯著提高采場生產能力，應用效果較好，在相似礦山中具有很強的推廣與借鑒價值。

3）本文所建立的基于改進CRITIC-TOPSIS綜合評價模型結果科學合理，為采礦方法的選擇開拓了新思路，提出了新的科學有效的分析方法，具有很強的應用價值。

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