类综合指数法对采矿的影响范文

《金属矿山杂志》2014年第七期

1采矿方法初选

根据矿床的地质条件和开采技术条件以及国家经济政策的要求，初选出一套适合矿山开采的采矿方法。由于Ⅰ号矿床铜矿体和围岩稳固，矿体属急倾斜厚矿体，地表也允许崩落，与分段崩落法和阶段矿房法适用条件基本一致［9］。针对Ⅰ号矿床铜矿体不同赋存条件，考察了有底柱分段崩落法、无底柱分段崩落法和阶段矿房法3种采矿方法。

1.1有底柱分段崩落法为了减少整个矿房的采切工作、优化矿房参数，形成连续回采作业空间，采用挤压爆破的垂直深孔落矿方式对矿房进行开采。该方法适应范围广、灵活性强，采矿方法见图1。(1)矿块构成要素。阶段高度取60m，分段高为15m，分段底柱高6m，矿块尺寸常以电耙道为单元进行划分:矿块长25～30m，宽10～15m。(2)采准切割工作。采用下盘脉外采准布置，即出矿、行人、通风和运送材料等采准工程都布置于下盘脉外。阶段运输为穿脉装车的环形运输系统，每3个矿块设置1个行人进分天井，用联络道与各分段电耙道贯通。每个矿块的高溜井都与上阶段脉外运输巷道相通，且以联络道与各分段电耙道相连，作为各分段电耙道的回风井。在堑沟巷道内钻凿垂直上向中深孔，与落矿同次分段爆破形成堑沟。在电耙道一侧边孔倾角不小于55°。为了减少耙道堵塞次数和降低堵塞高度，在耙道的另一侧钻凿2个短炮孔，其倾斜角控制在20°左右。采用“丁”字形拉槽法，采用切割槽与落矿同次分段爆破。切割槽垂直矿体走向，布置在矿体稳固性较好的矿体部位。

1.2无底柱分段崩落法与有底柱分段崩落法相比，无底柱分段崩落法下部不设由专门出矿巷道所构成的底部结构，分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行。采矿方法见图2。(1)矿块构成要素。以1个出矿溜井服务的范围划分为1个矿块，矿块垂直走向布置，阶段高度取50m，矿块长度等于矿体长度，矿块宽度10m，分段高度采用10m。(2)采准切割工作。采用脉内脉外联合采准，用分段横巷切割分段，自分段横巷开掘回采巷道，采出矿石。人行提升井分为两格:行人格和通风运料格。设脉外天井，溜矿井为斜井，倾角70°，布置在人行提升井与矿体之间。在溜井下部，装有放矿漏斗，在回采分层水平，装有格筛。分段联络道为人行提升井、溜矿井与矿体之间的水平联络通道，上下两段联络道错开布置。

1.3阶段矿房法阶段矿房法是用深孔落矿(或中深孔分段落矿)的空场采矿法，崩落的矿石由自重可全部溜到矿块底部放出。为了改善阶段矿房法底部结构稳定性，采用了扇形中深孔分段凿岩阶段矿房法。采矿方法见图3。(1)矿块构成要素。矿房沿走向布置，阶段高度为50m，矿块长度为50m，宽度等于矿体的水平厚度;顶柱厚度8m、底柱高度8m和间柱宽度9m。(2)采准切割工作。采准工程有阶段运输巷道、分段凿岩巷道、通风人行天井、溜井、电耙道、斗穿及漏斗颈。阶段运输巷道沿矿体下盘接触线布置，通风人行天井布置在间柱中，从此天井掘进分段凿岩巷道和电耙巷道。分段凿岩巷道则布置在矿体中间。切割工作包括拉底、辟漏及开切割槽等。拉底与扩漏同时进行，由于回采工作是竖向推进，故拉底和扩漏采取的是随回采工作面的推进超前1～2对漏斗的拉底扩漏，其方法采用深孔法。开切割槽采用的是垂直深孔扩立槽法。对全部扩槽炮孔分段微差一次爆破。

1.4技术指标对比对上述初选的采矿方法试验进行了技术、经济及矿体赋存条件指标的统计，其具体数据如表2所示。综合国内外矿山生产资料以及生产技术人员、采矿设计人员以及经济工作专家学者的经验等，对3种采矿方法下的技术经济指标及矿体赋存条件指标进行综合评价，实施标准分级［10］。其结果见表3。

2基于类综合指数法的采矿方法选择

2.1类综合指数法的基本原理类综合指数法对具有客观差异性的指标进行标准化，其取值在(0，1)区间内，然后依据条件标准和计算方法，计算出各方案虚拟优劣点距离，最后得出方案类综合指数。类综合指数的大小排序反映出了各系统方案优劣程度［11］。矿体处于复杂环境下，开采条件具有很大模糊性，不能把开采技术及矿体赋存条件指标直接进行定量计算。而类综合指数法能将各指标或相关因素转化为量化形式，进行系统方案优劣评价，得出最优采矿方案。这对全面评价方案状况和确认方案合理性有重要价值。运用类综合指数法对采矿方法各个方案进行优化选择，使采矿方法方案的选择更加合理、科学、可靠。

2.2类综合指数法评判采矿方法基本步骤(1)建立试验方案－标准初始化矩阵P。将待测评价的方案(W1，W2，…，Wx)的m个评价指标(B1，B2，…，Bm)，连同该m个指标的n级标准分级(A1，A2，…，An)构成试验方案－标准初始矩阵P，该矩阵由(x+n)个待评价方案，m个评价指标组成，共含(x+n)×m个元素。P为(2)建立无量纲试验方案－标准矩阵R。由于各种指标的度量单位不一样，必须对各列进行归一化处理，使试验方案数据变成标准矩阵(R)，其数值均(3)求出虚拟优点QG和虚拟劣点QB。指标值越大，说明采矿方法试验的优势越不明显，即方案集中的虚拟优点即为各指标的最小值集合，虚拟劣点则为各指标的最大值集合。很明显，(4)计算待预测试验方案与虚拟优点、虚拟劣点的距离。各试验方案点与虚拟点的距离一般采用欧式距离公式为(5)计算各实验方案的综合指数Di。类综合指数法是聚类分析方法的一种，该方法使用广泛、效果良好，具有空间守恒、单调的性质，又称平均联结法。引入类综合指数法来对实验方案进行评价。其类综合指数Di越大说明采矿方法选择越具有合理性。表4是类综合指数Di对有底柱分段崩落法、无底柱分段崩落法、阶段矿房法3种采矿方案技术经济及矿体赋存条件指标进行优劣排序的结果。由表4可见，有底柱分段崩落法和无底柱分段崩落法的2种采矿方案与Ⅰ级标准差别较大。阶段矿房法的类综合指数最大，为0.564，最接近Ⅰ级标准的0.586。因此，阶段矿房法为Ⅰ号矿床铜矿体最优采矿方案选择。在Ⅰ号矿床铜矿体目前的实际生产中，除了在薄矿体处采用浅孔留矿法外，矿体的其他矿块几乎都是采用分段凿岩阶段矿房法，可以保证矿山的生产能力，矿山资源综合利用率较好。由此可知类综合指数法最终选定的采矿方案合理。

3结论

(1)类综合指数法具有结构合理、计算简便、评价结果直观以及易于推广和应用等特点，同时，能完整地反映出整个系统各方案的优劣性。(2)类综合指数法更侧重于方案优劣的排序比较。类综合指数法通过对采矿方案中的各个指标定量化，并对综合指标进行客观、准确、全面的排序，最终形成待选方案的优劣判据，其操作步骤清晰易懂、计算简单。(3)Ⅰ号矿床铜矿体倾角较陡(倾角达到65°)，厚度中等以上(24m)，生产实践表明。分段凿岩阶段矿房法在开采深部矿体时，具有损失贫化小、矿山安全生产系数高，经济效益较好等特点。这与类综合指数法选择结果一致，进一步表明类综合指数法在采矿方法选择问题上的可行性。(4)该模型虽然层次清楚，但是该方法对于专家经验评价标准分级表的确立具有一定模糊性，需要大量的矿山资料和原始数据，标准分级的结果会在一定程度上影响评价结果的准确性。因此，在模型建立时需要掌握大量的原始资料。

作者：周升平王贻明吴爱祥艾纯明单位：北京科技大学土木与环境工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室