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柿竹园矿山采矿方法的模糊数学筛选

时间:2015-09-25 来源:未知 作者:小韩 本文字数:3655字

  引言

  柴山钼铋钨多金属矿紧邻横山岭-蛇形坪-柴山铅锌矿床。根据矿区地形地质条件、矿体赋存条件、开采对环境影响程度,以及探矿工程现状,适合采用地下开采。对于新建矿山,选择合理的采矿方法对于整个矿山企业的生产发展至关重要。采矿方法选择受到多方面因素影响,需要综合考虑矿山的开采技术条件、建设条件及采矿过程中的技术、经济、安全条件等诸多因素,这些因素往往相互影响、相互制约。部分影响因素如工作面安全性等,还具有模糊性和不确定性,给矿山采矿方法选择带来一定困难。

  传统采矿方法选择主要依靠工程类比和经验,仅能对相关影响因素进行定性分析,而不能定量分析,具有一定主观性和经验性,不能完全准确反映矿山的实际情况。模糊数学和层次分析法在采矿方法选择方面应用广泛,一定程度上弥补了传统工程类比和经验法不能定量分析影响因素的不足。本文结合柿竹园柴山钼铋钨多金属矿实际情况,采用模糊数学原理和层次分析法相结合的方法,将矿山采矿过程中的相关指标以数学形式量化分析,根据各采矿方案技术、经济、安全指标综合评判结果,最终确定合理的采矿方法,使采矿方法选择更加科学、合理、可靠[1-5].

  1 矿山概况及采矿方法初选
  
  柿竹园柴山钼铋钨多金属矿床(64~76线)为矽卡岩型矿床,矿床成因为接触交代型,属Ⅱ勘探类型。矿体赋存于花岗岩与灰岩接触带中,埋藏标高在300~590m之间,地表20~200m以下。受接触蚀变构造带控制,矿体上部地表有公路及选矿厂等建构筑物,地表不允许崩落。矿体走向NNE,倾向SEE,走向长465m,水平最宽398m,最大真厚153.56m,倾角10°~39°,呈透镜状、扁豆状,由中心向南北及东西方向逐渐变薄或尖灭。矿体围岩比较稳固,顶板为矽卡岩化大理岩,底板为花岗岩或矽卡岩化大理岩,矿岩普氏硬度系数为10~12.据湖南省湘南地质勘察院储量报告,矿体地质储量大,品位较低。开采对象为Ⅱ、Ⅱa号钼铋钨及Ⅰ、Ⅰa号钨铋4个矿体,其中以Ⅱ号矿体为主。依据矿体赋存条件及矿石储量,确定矿山采选工程建设规模为3000t/d.

  根据矿山地质条件和采矿技术条件,对矿山进行采矿方法初步选择。由于矿体上部地表有公路及选矿厂等建构筑物,地表不允许崩落,故不能选择崩落法采矿;根据矿石和围岩稳固性条件,可知该矿山适用于空场法开采,但是由于矿体厚大且埋藏较深,不适用于全面采矿法和留矿法开采。初选技术上可行的大直径深孔阶段矿房法和分段凿岩阶段矿房法[6-8];根据矿山技术条件的可行性,本矿同样适用于采用充填法开采。根据矿体赋存条件及生产能力要求大的特点,本矿不适合采用壁式充填法、进路充填法、分层充填法、点柱式充填法。结合国内外同类矿山现状及发展趋势,初选的采矿方法有盘区机械化分层充填采矿法、大直径深孔阶段矿房嗣后充填法和分段凿岩阶段矿房嗣后充填法[9-12].

  2 采矿方法优选依
  

  据采矿方法初选得到的5种技术上可行的采矿方案,选取合适的指标体系,运用模糊数学原理和层次分析法,进行模糊综合评判,得到优选的采矿方案。

  2.1建立指标体系和方案集

  (1)指标体系的建立。设评价对象指标体系X是由n个指标组成的集合:X=(x1,x2,x3,…,xn),其中xi为集合中的指标;i=1,2,3,…,n;n为评价指标的个数。

  本文根据矿山实际情况从技术、经济、安全三个方面选取了矿块生产能力、机械化程度、工艺复杂程度、采矿工效、采矿成本、损失率、贫化率、采切比、工作面安全、通风条件、采场地压控制共11个评价指标。

  (2)方案集的建立。设Y为全体设计方案组成的方案集:Y=(Y1,Y2,Y3,…,Yn),其中Yi为集合中的方案;i=1,2,3,…,n;n为方案的个数。

  由采矿方法初选得到的方案集由以下技术上可行的5种方案组成:方案1大直径深孔阶段矿房嗣后充填法,方案2分段凿岩阶段矿房嗣后充填法,方案3大直径深孔阶段矿房法,方案4分段凿岩阶段矿房法,方案5盘区机械化分层充填采矿法。通过查找资料及专家建议,得到方案集中各采矿方法评价指标值如表1所示。【1】

  
  2.2层次分析法确定指标体系权重向量

  根据以上所建立的指标体系,采用定性与定量相结合的层次分析法进行权系数的计算,根据不同采矿方法的指标体系建立层次结构模型,见图1.【2】

  
  (1)根据矿山赋存条件及生产要求,请专家对各层次指标相对重要性进行比较排序,设第二层次(P)相对于第一层次(O)的权重矩阵W1=[0.3,0.3,0.4],构建判断矩阵D1:【3】

  
  要求,即权重矩阵W1=[0.3,0.3,0.4]可以接受。

  (2) 同 理 可 得 第 三 层 (A)相 对 于 第 二 层(P)P1-A、P2-A、P3-A的权重矩阵分别为W2、W3、W4:

  W2=[0.577,0.115,0.115,0.193]

  W3=[0.536,0.179,0.179,0.1065]

  W4=[0.4,0.3,0.3]

  由各层次之间的权重矩阵(见表2)可计算得到所选11个指标相对于总目标层的权重向量W为:

  W=(0.1731,0.0345,0.0345,0.0579,0.1608,0.0537,0.0537,0.0318,0.16,0.12,0.12)
  
  2.3指标隶属度的确定

  本文中的评价指标既含有定性指标又含有定量指标。由于定性与定量指标隶属度的确定方式不同,故针对评价指标分为两部分进行分别确认。

  2.3.1定量指标隶属度的确认定量指标中的正指标有矿块生产能力、采矿工效;负指标有贫化率、损失率、采切比。正指标根据越大越优原则,采用公式(1)确定隶属度函数;负指标根据越小越优原则,采用公式 (2)确定隶属度函数:【4】

  
  Minxij---方案中i指标下限值。

  由公式计算可得各采矿方法中矿块生产能力、贫化率、损失率、采切比、采矿工效5个定量指标规格化后的隶属度矩阵R1-5为:【5】

  同理分别可得机械化程度、工艺复杂程度、工作面安全性、通风条件、采场地压控制的相对隶属度向量为:
  
  R7=(1,0.818,1,0.818,0.818)
  R8=(0.538,0.429,1,0.818,0.818)
  R9=(0.818,1,0.429,0.538,0.429)
  R10=(1,0.818,0.818,0.818,0.818)
  R11=(0.818,0.818,0.429,0.538,1)
  
  将定性指标各相对隶属度向量相结合,得到定性指标的隶属度矩阵R6-11:【6】

  
  2.4模糊综合评判

  本文所采用的模糊综合评判的基本公式为:

  B=WR.式中代表合成算子。采用加权平均型合成方式,通过单因素评价得到的隶属度矩阵R和权系数W,选择乘与有界和算子得到:

  B=WR=(0.830,0.683,0.775,0.659,0.616)由模糊综合评判的最终结果可知,方案1~方案5的优选度分别为:

  0.830,0.683,0.775,0.659,0.616.由最大隶属度原则可知各方案选择优先次序为:方案1>方案3>方案2>方案4>方案5.模糊综合评判结果表明方案1(大直径深孔阶段矿房嗣后充填法)为最优方案。

  2.5现场验证

  模糊综合评判优选的大直径深孔阶段空场嗣后充填法具有矿块生产能力大,采切工程集中,生产工艺简单,矿柱回收方便,矿石损失和贫化指标先进,井下机械化程度高,生产条件好、劳动生产率高,井下作业面及人员少,安全生产有保障等优点,已经在柿竹园柴山钼铋钨多金属矿进行了实际应用,并取得了较好的效果。

  柿竹园柴山钼铋钨多金属矿在实际生产中,对于厚大矿体开采,采用方案1(大直径深孔阶段矿房嗣后充填法);对于边角或中厚及以下矿体开采,由于技术条件限制不适合采用大直径深孔阶段矿房嗣后充填法和大直径深孔阶段矿房法,结合模糊评判结果,采 用 方 案2(分 段 凿 岩 阶 段 空 场 嗣 后 充 填法)[4].

  3 结论

  (1)本文结合柿竹园柴山钼铋钨多金属矿地质和技术开采条件,通过采矿方法初选得到了5种技术上可行的采矿方案,运用模糊数学原理和层次分析法相结合的方法,对选定的11种技术、经济、安全指标进行模糊评判,根据模糊评判结果得到方案1(大直径深孔阶段矿房嗣后充填法)为最优方案。

  (2)结合矿山实际情况与模糊评判最终结果,矿山采用以大直径深孔阶段矿房嗣后充填法为主、分段凿岩阶段空场嗣后充填法为辅的采矿方法,现场应用效果促进了矿山安全、高效生产。

  (3)本文所选采矿方法经过现场试验取得了较好的效果,对于此类矿体厚大,开采技术较为复杂,地表不允许塌陷的矿山采矿方法的选择具有一定借鉴意义。

  参考文献:

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