新橋硫鐵礦采礦方法模糊選擇

趙　彬　王新民　張欽禮

（中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）

摘 要：應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理對新橋硫鐵礦8勘探線以東難采礦體 的采礦方法進(jìn)行優(yōu)選，建立了影響采礦方法選擇的定量和定性指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法確 定影響因素的權(quán)重，并對定量和定性指標(biāo)分別計算隸屬度，最終得到待選擇方案的綜合評判 向量(0.960, 0.804, 0.865)，即優(yōu)越度分別為96.0%、80.4%和86.5%，從而確定方案Ⅰ最優(yōu) 。礦山實踐表明，模糊選擇的采礦方法較好地適用于生產(chǎn)，取得了良好成效。

關(guān)鍵詞：難采礦體；采礦方法；層次分析法；模糊數(shù)學(xué)

Fuzzy Choice of Mining Method in Xinqiao Pyrite MineZHAO Bin，WANG Xin-min，ZHANG Qin-li

(School of Resources and Safety Engineering, Central South Univ ersity, Changsha Hunan 410083, China)

Abstract: Fuzzy mathematics was used to optimize the choice of mi ning methods for the difficult mining orebody to the east of No. 8 prospecting l ine in Xinqiao Pyrite Mine. The quantitative and qualitative index systems of fa ctors influencing on mining methods choice were set up. The weights of these fac tors were established based on analytical hierarchy process method, and the memb ership degrees of quantitative and qualitative indexes were separately calculate d. The synthetic assessment vector obtained is(0.960, 0.804, 0.865), namely t he synthetic superiority degree of mining methods 96.0%, 80.4%, 86.5%, respectiv ely. So, the method Ⅰ is the best. Mining practice indicates that the mining m ethod selected by fuzzy choice is good for mining production.

Key words:difficult mining orebody; mining methods; analytic al hierarchy process; fuzzy mathematics

傳統(tǒng)的采礦方法選擇，通常采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價法，在分析對比采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時，只 能按同類指標(biāo)單一地評估其優(yōu)劣程度，而難以從定量的角度分析和驗證各項指標(biāo)對采礦方法 產(chǎn)生的綜合影響［1-2］。特別是礦體開采技術(shù)條件較復(fù)雜時，可供選擇的采礦方法 在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上優(yōu)劣不明顯，傳統(tǒng)方法就不可避免地帶有主觀意念，甚至做出錯誤決策。ビ捎誆煽蠊こ燙厥飧叢擁目凸厶跫，以及傳統(tǒng)方法的局限性，要達(dá)到全面、準(zhǔn)確的擇優(yōu)效果 是極其困難的。而模糊數(shù)學(xué)思想被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)工程中，能夠把那些只能定性描述的模糊 概念、推理、判斷及模糊決策數(shù)學(xué)化、定量化，較好地解決多層次、多因素、多目標(biāo)、多指 標(biāo)的決策問題［3-4］。新橋硫鐵礦8勘探線以東難采礦體應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)思想進(jìn)行采 礦方法優(yōu)選，取得了良好的成效。

1 開采技術(shù)條件

安徽省銅陵市新橋硫鐵礦是一座以硫為主，伴生銅、金、銀、鐵、鉛、鋅等多種金屬元素的 大型露天地下聯(lián)合開采的礦山，已探明地質(zhì)儲量1.7億噸，其中硫鐵礦礦石量87 110 kt、鐵礦石量24 000 kt、銅金屬量500 kt、鉛和鋅金屬量40

kt等［5］。其8勘探線以東礦體靠近鐵路、公路、河流及東部露采邊坡 ，是典型的“三下”難采礦體，含有近2 000 kt品位較高銅硫礦石量，在前期 開采中未考慮回收。隨著銅、硫價格不斷升高，該部分高品質(zhì)的銅硫礦床的回收，對提高資 源回收率和礦山經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

該部分礦石主要為黃鐵礦、局部為含銅黃鐵礦，多呈致密塊狀，穩(wěn)定性好；底板為高驪山組 砂頁巖，穩(wěn)固性好；頂板為黃龍灰?guī)r、船山灰?guī)r，無破碎帶，較穩(wěn)固。礦體走向長約210 m，平均傾角48°，平均真厚20 m，最淺埋深距地表僅12 m。礦區(qū)內(nèi)鐵路專線幾乎與礦體同走向，距礦體最近處僅40 m；而且大部分礦 體直接出露于露天開采邊坡，開采技術(shù)極其復(fù)雜。必須選擇合理的開采方式，以控制地表變 形，提高鐵路專線、公路、河流及邊坡的安全性。

2 采礦方法提出及評價

根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件，提出了三種采礦方法(上盤采準(zhǔn))作為待定開采方案。

（1） 上向水平分層膠結(jié)充填法（見圖1），將階段（高度24 m）沿礦體走向劃 分為礦房（8 m）和礦柱（8 m）及間柱（4 m），各采 場均用上向水平分層膠結(jié)充填法回采。先間隔回采礦柱，用1∶2∶6（水泥∶粉煤灰∶ 江砂 ）的膠結(jié)充填料充填； 后采礦房， 用1∶2∶8的膠結(jié)充填料充填。

1. 階段平巷；2. 斜坡道；3. 分段平巷；4. 裝礦橫巷；

5. 采場聯(lián)絡(luò)道；6. 卸礦橫巷；7. 溜井；8. 充填回風(fēng)井；9. 充填體

圖1 上向水平分層膠結(jié)充填法

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：采場生產(chǎn)能力，124 t/d；標(biāo)準(zhǔn)米采切比，25.75 m/kt；損失率，24%；貧化率，5%；采充成本，75.7 元/t；方案靈活適用 性好；通風(fēng)條件好；易于實施。

（2） 上向水平進(jìn)路沿礦體走向布置充填法（見圖2），將階段（24 m）沿礦體 走向劃分成礦塊（100 m），礦塊間留15～20 m的礦石間柱。階段進(jìn)行分層，在各個分層內(nèi)從礦塊中央的分層聯(lián)絡(luò)道向兩翼掘進(jìn)進(jìn)路采場回采。同 分層 進(jìn)路采場間隔回采，首采的用1∶2∶6（水泥∶粉煤灰∶江砂）膠結(jié)充填料充填；第 二步用1 ∶2∶8膠結(jié)充填料充填。整個分層進(jìn)路回采充填結(jié)束后，密閉、充填聯(lián)絡(luò)道，統(tǒng)一升層。

圖2 上向水平進(jìn)路沿礦體走向布置充填法（圖例與圖1同）

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：采場生產(chǎn)能力，100 t/d；標(biāo)準(zhǔn)米采切比，9.32 m/kt；損失率，20.87%；貧化率，5%；采充成本，85.7 元/t；方案靈活適 用性好；通風(fēng)條件差；易于實施。

（3） 上向水平進(jìn)路垂直礦體走向布置充填法（見圖3），將階段（24 m）沿礦 體走向劃分成礦塊（100 m），礦塊間留15～20 m左右的礦石間柱 。階段進(jìn)行分層，在各分層內(nèi)垂直于礦體走向掘進(jìn)進(jìn)路回采，在礦塊的兩翼布設(shè)兩條充填回 風(fēng)天井加強通風(fēng)效果。其它方面的特征與方案二相同。

圖3 上向水平進(jìn)路垂直礦體走向布置充填 法（圖例與圖1同）

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：采場生產(chǎn)能力，100 t/d；標(biāo)準(zhǔn)米采切比，37.69 m/kt；損失率，20.87%；貧化率，5%；采充成本，85.7 元/t；方案靈活 適用性好；通風(fēng)條件較好；易于實施。

3 采礦方法模糊選擇

3.1 模糊數(shù)學(xué)優(yōu)選模型

式中：B為各方法的綜合評判向量；b1,b2,b3,…,b璶為各方法的綜合滿意度或綜 合優(yōu)越度，計算出的b值越大，則說明對應(yīng)方案優(yōu)越性大；R為n個方法m個 評 價因素構(gòu)成的隸屬度矩陣；W為m個影響因素構(gòu)成的權(quán)重向量，常用層次分析法來確定。

3.2 層次分析法確定影響因素權(quán)重ゲ憒畏治齜椒ǎˋHP）能夠把系統(tǒng)問題的各因素，通過劃分相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，使之條理 化，根據(jù)對一定客觀現(xiàn)實的判斷就每層次相對重要性給予定量表示，使定性分析與定量分析 有機(jī)的結(jié)合［6］。該方法為各種影響因素進(jìn)行排序，首先要將分析的問題建立層次 化的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型，將所包含的各種因素分組，每一組作為一個層次，由高到低按目標(biāo) 層（玂）、準(zhǔn)則層（玃）和因素指標(biāo)層（玐）進(jìn)行排列。根據(jù)以上提出的采礦方 法及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可建立采礦方法評價的綜合指

[BHDWG1*8/9]3[]稍微重要[]因素X璱的重要性稍微高于X璲5[]明顯重要[]因素X璱 的重要性明顯高于X璲[BH]7[]強烈重要[]因素X璱的重要性強烈高于X璲[BH]9[]絕對重要[]因素X璱的重要性絕對高于X璲注：2，4，6，8分別表示兩相鄰判斷的中值；若

（3） 采用方根法進(jìn)行計算矩陣獶特征根，DW=λ玬ax玏，所得 到的W經(jīng)正規(guī)化后作為因素的排序權(quán)重。

（4） 判斷矩陣獶的一致性檢驗，CR=CI/RI，CI為一致性檢驗指標(biāo)， CI= (λ玬ax-n)/(n-1)； n為判斷矩陣的階數(shù)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（見表3）。 當(dāng)CR＜0.1時，認(rèn)為的一致性是可以接受的，否則需要重新調(diào)整判斷矩 陣，直至滿足一致性檢驗為止［7］。

RI=0.264，CI=0.005＜0.1， 故判斷矩陣滿足一 致性檢驗要求。 因此， 可得影響采礦方案選擇的權(quán)重向量W=(0.400,

比較法確定。

（1） 定量指標(biāo) 采用隸屬函數(shù)法求n個方案的m個指標(biāo)組成的目標(biāo)特征值矩陣。設(shè)第i 個方案的第j個的指標(biāo)值為yij。定量指標(biāo)可以分為收益性指標(biāo)與消耗性指標(biāo)兩類。 對 于收益性指標(biāo)，指標(biāo)值越大越好，令rij=yij/玬ax珁ij；對于消 耗性 指標(biāo)，指標(biāo)越小越好， P璳重要， 令ekl=0, elk =1（k，l=1,2,…,m）。 由此可得二元比較矩陣И

矩陣，eij為目標(biāo)i對j關(guān)于重要性作二元比 較時，目標(biāo)i對于j的重要性模糊標(biāo)度；eji為目標(biāo)j對于i的重要性模糊標(biāo)度。

將此矩陣按行排序， 則β璱=∑[DD(]m[]j=1[DD)]βij（i≠j,i=1,2,…,m ）序號表示了目標(biāo)的相對重要性，根據(jù)排序查語氣算子與定量標(biāo)度表 (見表5)，可得到非 定量指標(biāo)的隸屬度［10-12］。

表5 語氣算子與定量標(biāo)度相對隸屬度關(guān)系表

（1） 由層次分析法確定9個影響因素，分析結(jié)果表明，采礦成本、采場安全程度為采礦方 法選擇的主要考慮因素，其次為采場生產(chǎn)能力和通風(fēng)條件，其它次之。

（2） 將模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用于采礦方法選擇系統(tǒng)中，避免了單因素決策的片面性和主觀認(rèn)識差異 引起的決策失誤，特別是在各方法選擇的指標(biāo)出現(xiàn)優(yōu)越性交叉時，能夠做出更為科學(xué)、準(zhǔn)確 、有理論依據(jù)的判斷。

（3） 優(yōu)選的采礦方法成功應(yīng)用于新橋硫鐵礦8勘探線以東難采礦體開采 。同時，該種綜合評判模型也可應(yīng)用于類似礦山及其他系統(tǒng)工程的多方案優(yōu)選中。

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(責(zé)任編輯：何學(xué)華)第4期