珊瑚鎢礦急傾斜極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案優(yōu)選

危流永，張 寶，宋 甫，萬(wàn) 兵，李向東

(1. 廣西桂華成有限責(zé)任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長(zhǎng)沙礦山研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引 言

珊瑚礦為廣西桂華成有限責(zé)任公司下屬的地下金屬礦山，開(kāi)采歷史悠久，1950年由平桂礦務(wù)局組織露天開(kāi)采，1960年轉(zhuǎn)入井下生產(chǎn)，年處理礦石33萬(wàn) ，產(chǎn)鎢精礦(65%)1600 t，錫精礦金屬噸350 t。資源以鎢、錫為主，伴生銅、鋅等元素，現(xiàn)已經(jīng)探明的保有鎢錫金屬儲(chǔ)量21萬(wàn)t。

珊瑚礦礦脈屬熱液氣化高溫鎢錫石英脈型礦床。礦床上部賦存于中泥盆統(tǒng)東崗嶺組灰?guī)r和郁江組砂、頁(yè)巖內(nèi)，在平面上為多條脈大致平行呈群狀分布。礦脈平均厚0.42 m，走向15°～40°，傾向南東，傾角在65°～89°，屬急傾斜極薄礦脈。礦脈和圍巖界線清晰，絕大部分地段礦石與圍巖穩(wěn)固。水文地質(zhì)條件屬中等-復(fù)雜型。地表不允許崩落。

目前，珊瑚礦采用“平硐+主副豎井+主副斜井”聯(lián)合方式開(kāi)拓，中央進(jìn)風(fēng)兩翼抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，生產(chǎn)中段有75、35 m和-5 m，采用留礦法開(kāi)采。

1 珊瑚礦極薄礦脈群開(kāi)采難題分析

目前，珊瑚礦采用留礦法開(kāi)采極薄礦脈群時(shí)遇到的難題有兩大方面。

(1)采場(chǎng)作業(yè)安全條件差。由于礦脈厚度小，為了減少貧化，采幅一般為1.1～1.2 m，開(kāi)采空間小，采場(chǎng)局部在放礦時(shí)，容易形成“空洞”，人員再進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)，易發(fā)生安全事故。在開(kāi)采平行礦脈時(shí)，當(dāng)一個(gè)采場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束后形成的采空區(qū)，會(huì)影響臨近范圍(約4～8 m)礦脈的開(kāi)采?？拷煽諈^(qū)一側(cè)時(shí)常出現(xiàn)大范圍裂縫，易發(fā)生大面積冒落、坍陷，給采場(chǎng)工人生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)威脅。

(2)礦石損失貧化嚴(yán)重，損失率25%～30%，若上盤(pán)圍巖穩(wěn)固性很差或者礦脈產(chǎn)狀發(fā)生變化(錯(cuò)位或者傾角變緩)時(shí)，礦石損失率達(dá)到50%，貧化率60%～80%。究其原因，主要有5個(gè)：

由于珊瑚礦受斷層影響，連續(xù)性比較差，若礦脈的傾角變緩或者礦脈發(fā)生錯(cuò)位，留礦法不能靈活調(diào)整，適應(yīng)性較差，不能放出的礦石會(huì)損失；

由于珊瑚礦礦脈多條大致平行且呈群狀分布，對(duì)于距離較近礦脈群，采用留礦法回采時(shí)，由于采場(chǎng)相互影響大、安全性差，常會(huì)丟棄不能采下的礦石，造成損失,井下部分已完成開(kāi)拓的該類(lèi)礦脈群因品位高均未進(jìn)行開(kāi)采，積壓大量資金;

現(xiàn)行留礦法開(kāi)采的采場(chǎng)，當(dāng)?shù)V脈圍巖穩(wěn)固性較差或靠近采空區(qū)時(shí)，大量放礦容易發(fā)生頂?shù)装宕竺娣e冒落，冒落的大塊會(huì)在漏斗處“卡死”，造成無(wú)法放出爆下礦石，采場(chǎng)易“報(bào)廢”，大量采下礦石無(wú)法放出而被永久損失；

當(dāng)采用留礦法開(kāi)采極薄礦脈時(shí)，必須將一部分圍巖連同礦石一起采下，以提供足夠?qū)挼淖鳂I(yè)空間，混入的廢石無(wú)法與礦石分開(kāi)，造成了大量的貧化。特別是對(duì)于小于0.6 m的礦脈，廢石混入率非常高，貧化率高達(dá)60%～80%;

在部分采場(chǎng)圍巖穩(wěn)固性較差的采場(chǎng)或靠近采空區(qū)的采場(chǎng)，在大量放礦期間圍巖極容易大范圍冒落，與礦石一同放出，進(jìn)一步加大貧化。

對(duì)于高價(jià)值的國(guó)家戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源鎢錫礦，如此高損失是一種巨大浪費(fèi)。另外，受高貧化影響，井下運(yùn)輸提升以及選礦加工消耗了大量的人力、物力和財(cái)力，特別是在豎井提升能力有限的情況下。

因此，較大范圍采用留礦法開(kāi)采該類(lèi)礦脈群是不合理的，必須尋求合理、經(jīng)濟(jì)、安全的開(kāi)采方案，大幅降低損失、貧化，減少資源浪費(fèi)，提高出礦品位，提升企業(yè)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)現(xiàn)降貧損增效益和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案初選

2.1 極薄礦脈群開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀分析

急傾斜極薄礦脈在我國(guó)金屬礦山中有比較廣泛的分布，由于礦脈厚度小，采場(chǎng)作業(yè)空間小，機(jī)械化程度較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，該類(lèi)礦脈的開(kāi)采一直是困擾著地下礦山生產(chǎn)的難題之一。開(kāi)采該類(lèi)礦脈以留礦法為主，特別是在以急傾斜極薄礦脈為主的鎢礦床開(kāi)采中占80%，削壁充填法次之。

留礦法是空?qǐng)龇ǖ囊环N，其優(yōu)點(diǎn)有：采場(chǎng)結(jié)構(gòu)及回采工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力較高，組織管理方便，開(kāi)采成本低。但是，該方法需要采下大部分圍巖，貧化很大，一般在50%～80%；與削壁充填法相比，對(duì)礦脈賦存狀態(tài)變化適應(yīng)性較差，作業(yè)安全性差。

削壁充填法，是分層充填法的一種，近年來(lái)使用比例有所上升，特別是稀有、貴重金屬礦床，優(yōu)點(diǎn)是：可以通過(guò)在廢石充填料面上鋪設(shè)膠墊，避免高品位粉礦混入充填料中造成損失，損失率可控制在8%以下；可以實(shí)現(xiàn)分采分選，能最大限度地降低廢石混入率，貧化率可控制在20%以下，出礦品位高；將削下圍巖充填到采空區(qū)有效地支撐圍巖，利于地壓管理；作業(yè)安全可靠；靈活性好，適于開(kāi)采成群礦脈。但是，工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，礦塊生產(chǎn)能力低，對(duì)組織管理要求高，開(kāi)采成本很高。

2.2 極薄礦脈群開(kāi)采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

近些年來(lái)，極薄礦脈群開(kāi)采技術(shù)呈現(xiàn)三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

(1) 低貧損開(kāi)采。低貧損開(kāi)采主要是指通過(guò)選擇先進(jìn)、合理回采工藝和技術(shù)，降低極薄礦脈群開(kāi)采過(guò)程中的損失和貧化，提高礦石回收率和出窿品位，實(shí)現(xiàn)低貧損開(kāi)采，盡可能地減少留礦法的應(yīng)用，推廣應(yīng)用充填法。

(2)無(wú)軌機(jī)械化高效開(kāi)采。無(wú)軌機(jī)械化高效開(kāi)采是指采用無(wú)軌自行設(shè)備和與之相適應(yīng)的采準(zhǔn)系統(tǒng)，加大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸，盡可能提高采場(chǎng)長(zhǎng)度、分層回采高度和階段高度，以實(shí)現(xiàn)礦脈群的大礦塊強(qiáng)化回采。同時(shí)，在一定長(zhǎng)度上將多條礦脈作為一個(gè)對(duì)象進(jìn)行采準(zhǔn)布置及回采設(shè)計(jì)，減小采切比，提高礦塊生產(chǎn)能力，尋求礦脈群組合開(kāi)采的最佳模式，提高采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)高效低成本開(kāi)采。

(3)無(wú)廢開(kāi)采與綠色礦山。綠色礦山，也指無(wú)廢化開(kāi)采，即在回采作業(yè)中，盡可能不破壞、污染周?chē)h(huán)境，真正做到“廢石不出坑，尾礦不入庫(kù)”；在采出礦石的同時(shí)，將廢石、尾礦充入地下采空區(qū)，以保護(hù)好人類(lèi)賴以生存的環(huán)境，將可持續(xù)發(fā)展的觀念深入到采礦作業(yè)的每一環(huán)節(jié)之中，尋求礦山的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)珊瑚礦極薄礦脈群開(kāi)采技術(shù)條件，結(jié)合國(guó)內(nèi)外礦山的開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)，提出以下6種在裝備、技術(shù)和組織管理上可行的聯(lián)合開(kāi)采方案：

方案Ⅰ——人工出礦削壁充填法；

方案Ⅱ——電耙出礦削壁充填法；

方案Ⅲ——機(jī)械化連續(xù)削壁充填法；

方案Ⅳ——削壁充填留礦法；

方案Ⅴ——上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填法；

方案Ⅵ——留礦法。

由于影響開(kāi)采方案最終效果的因素眾多，且采礦活動(dòng)對(duì)人員和周?chē)h(huán)境的影響也是多方面的，單由某一因素的優(yōu)劣來(lái)確定一個(gè)方案是不充分的。以下將采用能將定性指標(biāo)和定量指標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)的、可以進(jìn)行多因素綜合定量比較分析的模糊綜合評(píng)判法和方案經(jīng)濟(jì)效果分析法對(duì)急傾斜極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案進(jìn)行定量對(duì)比分析，以尋求安全高效、經(jīng)濟(jì)合理的開(kāi)采工藝方法。

3 開(kāi)采方案模糊綜合評(píng)判

3.1 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)標(biāo)方法，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題，適合各種非確定性問(wèn)題的解決，其在開(kāi)采方案的優(yōu)與劣選擇上有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大功能。模糊評(píng)判優(yōu)選的主要步驟有如下3個(gè)。

(1)確定方案選擇的比較因素和指標(biāo)。影響方案選擇的因素很多，主要按照勞動(dòng)生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)、資源利用率、安全、合理程度等幾類(lèi)進(jìn)行選擇，如：生產(chǎn)能力、開(kāi)采成本、千噸采切比、損失率、貧化率、安全狀況、通風(fēng)條件、勞動(dòng)強(qiáng)度、工藝復(fù)雜程度、對(duì)礦脈適應(yīng)性。

(2)確定各因素的權(quán)重值。各因素對(duì)方案選擇的重要程度是不相同的，需根據(jù)礦山具體條件確定各因素的權(quán)重值。為減少專(zhuān)家評(píng)議法的主觀影響，在此采用層次分析法確定權(quán)重值。分析第一步首先是根據(jù)各因素的隸屬關(guān)系建立層次結(jié)構(gòu)模型，1～9標(biāo)度方法兩兩比較，進(jìn)行重要性評(píng)價(jià)，得出模糊判斷矩陣。在開(kāi)始多目標(biāo)模糊優(yōu)選之前，需對(duì)各因素的指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化，以使各因素具有可比性。

(3)定性指標(biāo)賦值。對(duì)定性指標(biāo)采用等級(jí)評(píng)定法，按9級(jí)賦值(0～1.0)標(biāo)準(zhǔn)給出評(píng)定值。

3.2 方案模糊綜合評(píng)判

根據(jù)上述模糊綜合評(píng)判原理和步驟，得到珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群適宜方案的主要因素指標(biāo)表(見(jiàn)表1)。

表1 開(kāi)采方案主要因素指標(biāo)

以上各主要因素指標(biāo)權(quán)重值W依次為：0.098，0.204，0.091，0.083，0.083，0.242，0.088，0.054，0.011，0.046。對(duì)定性指標(biāo)賦值，最后得出各方案的模糊決策優(yōu)選矩陣R見(jiàn)表2。

表2 模糊決策優(yōu)選矩陣

運(yùn)用加權(quán)平均模型對(duì)各方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果為：A=WR=(0.648，0.631，0.622，0.564，0.621，0.587)。

按最大隸屬原則，上述方案從優(yōu)到劣的次序依次是：方案Ⅰ>方案Ⅴ>方案Ⅱ>方案Ⅲ>方案Ⅵ>方案Ⅳ。由此可知，對(duì)于急傾斜極薄礦脈群方案Ⅰ，最為適宜即人工出礦削壁充填法。

4 開(kāi)采方案經(jīng)濟(jì)效果比選

4.1 方案經(jīng)濟(jì)效果評(píng)比指標(biāo)選擇

方案經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)就是根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展以及行業(yè)、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃的要求，在擬定的技術(shù)方案、財(cái)務(wù)效益與費(fèi)用估算的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的分析方法，把注意力集中在各個(gè)方案可能帶給企業(yè)的最終收益上，如企業(yè)年收益、年凈利潤(rùn)額等，對(duì)技術(shù)方案的財(cái)務(wù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行分析論證，來(lái)權(quán)衡它們的整體優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，為選擇技術(shù)方案提供科學(xué)的決策依據(jù)。

目前，在方案經(jīng)濟(jì)效果評(píng)比中運(yùn)用較多的指標(biāo)有3種：反映企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，如年銷(xiāo)售收入和凈利潤(rùn)額，是目前方案比選和企業(yè)決策較為直觀的依據(jù)；反映方案效益規(guī)模的價(jià)值型指標(biāo)，如凈現(xiàn)值；反映資金利用效率的利用率指標(biāo)，如內(nèi)部投資收益率。其中，凈現(xiàn)值和內(nèi)部投資收益率指標(biāo)考慮了資金的時(shí)間價(jià)值，在方案比選中應(yīng)用最為廣泛，特別是后者?？傮w來(lái)說(shuō)，這些指標(biāo)從不同的角度和出發(fā)點(diǎn)考察方案的經(jīng)濟(jì)效果，為了正確、全面地評(píng)價(jià)急傾斜極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案的經(jīng)濟(jì)效果，此處同時(shí)使用這些分析評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行方案評(píng)比優(yōu)選。

4.2 開(kāi)采方案經(jīng)濟(jì)效果測(cè)算及評(píng)比

根據(jù)對(duì)珊瑚礦有極薄礦脈統(tǒng)計(jì)分析可知,極薄礦脈地質(zhì)儲(chǔ)量400萬(wàn)t，平均鎢(WO3)品位1.096%，錫品位(Sn)0.374%，年供礦量21萬(wàn)t，設(shè)計(jì)服務(wù)年限15 a。極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案經(jīng)濟(jì)效果評(píng)比指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)表3中各方案經(jīng)濟(jì)效果指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論從年銷(xiāo)售收入、凈利潤(rùn)來(lái)看，還是從凈現(xiàn)值和內(nèi)部投資收益率來(lái)看，對(duì)于急傾斜極薄礦脈群最為適宜采用方案Ⅰ(人工出礦削壁充填法)聯(lián)合開(kāi)采。

表3 開(kāi)采方案經(jīng)濟(jì)效益評(píng)比指標(biāo)

5 結(jié) 論

為解決珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群井下開(kāi)采存在的一系列問(wèn)題，本研究在分析了珊瑚礦開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采現(xiàn)狀和該類(lèi)礦脈群開(kāi)采發(fā)展趨勢(shì)，確定了可行的方案，采用模糊綜合評(píng)判法以及開(kāi)采方案經(jīng)濟(jì)效果評(píng)比兩種手段，對(duì)各個(gè)開(kāi)采方案從不同的角度和出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)選研究，得出珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群聯(lián)合開(kāi)采方案最佳選擇為人工出礦削壁充填法。該方案能較好的滿足珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群開(kāi)采技術(shù)條件和生產(chǎn)管理需要，同時(shí)能為企業(yè)帶來(lái)相對(duì)高的經(jīng)濟(jì)效益。

最后，對(duì)珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群開(kāi)采工藝技術(shù)改造后企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力進(jìn)行了測(cè)算，發(fā)現(xiàn)：企業(yè)盈虧平衡點(diǎn)產(chǎn)量為12萬(wàn)t；盈虧平衡點(diǎn)鎢精礦(WO3，65%)價(jià)格為58286元/t、錫(Sn)金屬價(jià)格為64357元/t；盈虧平衡點(diǎn)出礦品位鎢(WO3)0.430%、錫(Sn)0.152%?？傮w來(lái)說(shuō)，企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)，管理層一致認(rèn)可急傾斜極薄礦脈群采用人工出礦削壁充填法聯(lián)合開(kāi)采方案進(jìn)行開(kāi)采。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊 殿. 地下礦山設(shè)計(jì)原理 [M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]張 寶. 賽什塘銅礦采礦方法優(yōu)化研究 [J].礦業(yè)工程，2011，9 (2): 18-20.

[3]李向東. 金山金礦采礦方法模糊優(yōu)化抉擇 [J].世界采礦快報(bào)，1999，15(2): 28-31.

[4]王 寧，韓志型，姜 兵，等. 緩傾斜極薄礦脈控制爆破技術(shù)及其模糊綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)鎢業(yè)，2007，22(2): 19-22.

[5]張伶年，尹彥波. 急傾斜極薄礦脈采礦方法優(yōu)選研究 [J].采礦技術(shù)，2010，10(3): 29-30.

[6]連達(dá)軍，汪云甲，王應(yīng)宏. "三下"煤炭資源回收難易程度的權(quán)重分析-模糊綜合評(píng)價(jià)研究 [J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2002，22(5):8-11.

[7]吳 璇，許夢(mèng)國(guó)，劉振平，等. 程潮鐵礦西區(qū)采礦方法選擇的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)[J]. 金屬礦山，2006，362(8):13-15.

[8]袁世倫，成華雄. 工程經(jīng)濟(jì)原理在采礦方法選擇中的應(yīng)用[J]. 黃金，2005，11(26): 25-27.