急傾斜極薄礦脈采礦方法優(yōu)選研究

張伶年,尹彥波

(1.桃江久通銻業(yè)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(yōu)選研究

張伶年1,尹彥波2

(1.桃江久通銻業(yè)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(jié)合板溪銻礦礦床特征,采用方案技術(shù)比較、綜合經(jīng)濟比較和模糊綜合評判三種技術(shù)方法比較優(yōu)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(yōu)采礦方法,并在生產(chǎn)實際中得到了應用,取得了良好的技術(shù)和經(jīng)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(yè)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(jié)理裂隙較發(fā)育、尖滅再現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)能力小,采礦效率低、貧化大、成本高,采場作業(yè)勞動強度大,同現(xiàn)代采礦技術(shù)相比,在采礦工藝、采礦效率、采礦經(jīng)濟技術(shù)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(yōu)選

根據(jù)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(shù)條件、礦山現(xiàn)有技術(shù)裝備現(xiàn)狀和礦山生產(chǎn)實際出發(fā),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(yōu)選適宜的采礦方法,從技術(shù)比較、綜合經(jīng)濟比較以及模糊綜合評判三個方面進行了方案優(yōu)選。

1.1 采礦方案技術(shù)比較

上述初選的4個采礦方案,在桃江久通銻業(yè)有限責任公司開采礦體賦存條件下,都是可以實現(xiàn)的技術(shù)方案,各方案技術(shù)經(jīng)濟指標及其優(yōu)缺點見表1。

綜合表1所列各方案的技術(shù)經(jīng)濟指標及優(yōu)缺點可以看出,各方案從優(yōu)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(jié)塊的趨勢,如采下礦石存貯時間過長,易引起結(jié)塊而影響重力放礦。

表1 各方案技術(shù)比較

1.2 采礦方案綜合經(jīng)濟比較

為全面、準確衡量各方案,對各個方案進行了綜合經(jīng)濟比較。在經(jīng)濟比較中,采用和參照礦山現(xiàn)階段各項作業(yè)成本和相關(guān)方案的技術(shù)經(jīng)濟指標為計算依據(jù),以1000t地質(zhì)儲量和含銻品位15%為計算基準,考察各方案的最終經(jīng)濟效果。各采礦方案綜合經(jīng)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(zhì)礦量所獲利潤作為衡量指標,各方案從優(yōu)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(jīng)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(yōu)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(shù)學理論對各方案進行分析和綜合評判是比較合理的。

根據(jù)桃江久通銻業(yè)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(jīng)濟因素(B2)、資源因素(B3)、效率因素(B4)。各層次諸因素間的關(guān)系見圖1。各分指標(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)對總目標A的權(quán)重分配值可由表3計算求得。

圖1 采礦方法選擇層次結(jié)構(gòu)

表3 因素權(quán)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(jié)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(chǎn)能力C8}。上述各因素中定量指標參考本礦和國內(nèi)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(shù)量指標去量綱化,之后構(gòu)成一個評價矩陣R:

運用加權(quán)平均模型M(·,⊕)對各方案進行評價,A=W°R,計算結(jié)果為:

用模糊數(shù)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(jù)最大隸屬度原則可以得出優(yōu)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(yōu)勢。

2 采礦方法方案確定

各方案經(jīng)過技術(shù)比較、綜合經(jīng)濟比較和模糊數(shù)學綜合評判,對各方案所能達到的技術(shù)經(jīng)濟指標和固有優(yōu)缺點進行了較為系統(tǒng)、深入細致的分析。方案技術(shù)比較:方案Ⅱ顯示出一定的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢,一是表現(xiàn)在采場生產(chǎn)能力、采礦損失率、采礦貧化率和采礦直接成本的綜合優(yōu)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(chǎn)生的廢石可以不經(jīng)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(jié)塊趨勢,留于采場中的礦石可能產(chǎn)生結(jié)塊而影響礦石的最終放出。綜合經(jīng)濟比較,方案Ⅳ和方案Ⅲ顯示出一定的綜合優(yōu)勢;方案Ⅱ次之。模糊數(shù)學綜合評判:方案Ⅲ顯示出綜合優(yōu)勢,它的特點是生產(chǎn)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(qū)不能得到及時處理,該方案顯示具有綜合優(yōu)勢,與綜合評判模型的設計不無關(guān)系;其次為方案Ⅱ。

綜上所述,綜合三個比較環(huán)節(jié)的結(jié)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(yōu)勢,方案Ⅱ表現(xiàn)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(jié) 論

從桃江久通銻業(yè)有限責任公司的生產(chǎn)實際和板溪銻礦床急傾斜極薄礦脈的開采技術(shù)條件出發(fā),經(jīng)過方案擬定、方案技術(shù)比較、方案綜合經(jīng)濟比較和模糊數(shù)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(yōu)方案。該采礦方法的采場生產(chǎn)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(qū)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(yōu)勢,如計入采場廢石充填所降低的廢石排放成本,則其經(jīng)濟優(yōu)勢更為突出。

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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(shù)工作,Email:672067276@qq.com。