類綜合指數(shù)法對采礦的影響范文
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《金屬礦山雜志》2014年第七期
1采礦方法初選
根據(jù)礦床的地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件以及國家經(jīng)濟政策的要求，初選出一套適合礦山開采的采礦方法。由于Ⅰ號礦床銅礦體和圍巖穩(wěn)固，礦體屬急傾斜厚礦體，地表也允許崩落，與分段崩落法和階段礦房法適用條件基本一致［9］。針對Ⅰ號礦床銅礦體不同賦存條件，考察了有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法和階段礦房法3種采礦方法。
1.1有底柱分段崩落法為了減少整個礦房的采切工作、優(yōu)化礦房參數(shù)，形成連續(xù)回采作業(yè)空間，采用擠壓爆破的垂直深孔落礦方式對礦房進行開采。該方法適應范圍廣、靈活性強，采礦方法見圖1。(1)礦塊構(gòu)成要素。階段高度取60m，分段高為15m，分段底柱高6m，礦塊尺寸常以電耙道為單元進行劃分:礦塊長25～30m，寬10～15m。(2)采準切割工作。采用下盤脈外采準布置，即出礦、行人、通風和運送材料等采準工程都布置于下盤脈外。階段運輸為穿脈裝車的環(huán)形運輸系統(tǒng)，每3個礦塊設(shè)置1個行人進分天井，用聯(lián)絡(luò)道與各分段電耙道貫通。每個礦塊的高溜井都與上階段脈外運輸巷道相通，且以聯(lián)絡(luò)道與各分段電耙道相連，作為各分段電耙道的回風井。在塹溝巷道內(nèi)鉆鑿垂直上向中深孔，與落礦同次分段爆破形成塹溝。在電耙道一側(cè)邊孔傾角不小于55°。為了減少耙道堵塞次數(shù)和降低堵塞高度，在耙道的另一側(cè)鉆鑿2個短炮孔，其傾斜角控制在20°左右。采用“丁”字形拉槽法，采用切割槽與落礦同次分段爆破。切割槽垂直礦體走向，布置在礦體穩(wěn)固性較好的礦體部位。
1.2無底柱分段崩落法與有底柱分段崩落法相比，無底柱分段崩落法下部不設(shè)由專門出礦巷道所構(gòu)成的底部結(jié)構(gòu)，分段的鑿巖、崩礦和出礦等工作均在回采巷道中進行。采礦方法見圖2。(1)礦塊構(gòu)成要素。以1個出礦溜井服務的范圍劃分為1個礦塊，礦塊垂直走向布置，階段高度取50m，礦塊長度等于礦體長度，礦塊寬度10m，分段高度采用10m。(2)采準切割工作。采用脈內(nèi)脈外聯(lián)合采準，用分段橫巷切割分段，自分段橫巷開掘回采巷道，采出礦石。人行提升井分為兩格:行人格和通風運料格。設(shè)脈外天井，溜礦井為斜井，傾角70°，布置在人行提升井與礦體之間。在溜井下部，裝有放礦漏斗，在回采分層水平，裝有格篩。分段聯(lián)絡(luò)道為人行提升井、溜礦井與礦體之間的水平聯(lián)絡(luò)通道，上下兩段聯(lián)絡(luò)道錯開布置。
1.3階段礦房法階段礦房法是用深孔落礦(或中深孔分段落礦)的空場采礦法，崩落的礦石由自重可全部溜到礦塊底部放出。為了改善階段礦房法底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用了扇形中深孔分段鑿巖階段礦房法。采礦方法見圖3。(1)礦塊構(gòu)成要素。礦房沿走向布置，階段高度為50m，礦塊長度為50m，寬度等于礦體的水平厚度;頂柱厚度8m、底柱高度8m和間柱寬度9m。(2)采準切割工作。采準工程有階段運輸巷道、分段鑿巖巷道、通風人行天井、溜井、電耙道、斗穿及漏斗頸。階段運輸巷道沿礦體下盤接觸線布置，通風人行天井布置在間柱中，從此天井掘進分段鑿巖巷道和電耙巷道。分段鑿巖巷道則布置在礦體中間。切割工作包括拉底、辟漏及開切割槽等。拉底與擴漏同時進行，由于回采工作是豎向推進，故拉底和擴漏采取的是隨回采工作面的推進超前1～2對漏斗的拉底擴漏，其方法采用深孔法。開切割槽采用的是垂直深孔擴立槽法。對全部擴槽炮孔分段微差一次爆破。
1.4技術(shù)指標對比對上述初選的采礦方法試驗進行了技術(shù)、經(jīng)濟及礦體賦存條件指標的統(tǒng)計，其具體數(shù)據(jù)如表2所示。綜合國內(nèi)外礦山生產(chǎn)資料以及生產(chǎn)技術(shù)人員、采礦設(shè)計人員以及經(jīng)濟工作專家學者的經(jīng)驗等，對3種采礦方法下的技術(shù)經(jīng)濟指標及礦體賦存條件指標進行綜合評價，實施標準分級［10］。其結(jié)果見表3。
2.1類綜合指數(shù)法的基本原理類綜合指數(shù)法對具有客觀差異性的指標進行標準化，其取值在(0，1)區(qū)間內(nèi)，然后依據(jù)條件標準和計算方法，計算出各方案虛擬優(yōu)劣點距離，最后得出方案類綜合指數(shù)。類綜合指數(shù)的大小排序反映出了各系統(tǒng)方案優(yōu)劣程度［11］。礦體處于復雜環(huán)境下，開采條件具有很大模糊性，不能把開采技術(shù)及礦體賦存條件指標直接進行定量計算。而類綜合指數(shù)法能將各指標或相關(guān)因素轉(zhuǎn)化為量化形式，進行系統(tǒng)方案優(yōu)劣評價，得出最優(yōu)采礦方案。這對全面評價方案狀況和確認方案合理性有重要價值。運用類綜合指數(shù)法對采礦方法各個方案進行優(yōu)化選擇，使采礦方法方案的選擇更加合理、科學、可靠。
2.2類綜合指數(shù)法評判采礦方法基本步驟(1)建立試驗方案－標準初始化矩陣P。將待測評價的方案(W1，W2，…，Wx)的m個評價指標(B1，B2，…，Bm)，連同該m個指標的n級標準分級(A1，A2，…，An)構(gòu)成試驗方案－標準初始矩陣P，該矩陣由(x+n)個待評價方案，m個評價指標組成，共含(x+n)×m個元素。P為(2)建立無量綱試驗方案－標準矩陣R。由于各種指標的度量單位不一樣，必須對各列進行歸一化處理，使試驗方案數(shù)據(jù)變成標準矩陣(R)，其數(shù)值均(3)求出虛擬優(yōu)點QG和虛擬劣點QB。指標值越大，說明采礦方法試驗的優(yōu)勢越不明顯，即方案集中的虛擬優(yōu)點即為各指標的最小值集合，虛擬劣點則為各指標的最大值集合。很明顯，(4)計算待預測試驗方案與虛擬優(yōu)點、虛擬劣點的距離。各試驗方案點與虛擬點的距離一般采用歐式距離公式為(5)計算各實驗方案的綜合指數(shù)Di。類綜合指數(shù)法是聚類分析方法的一種，該方法使用廣泛、效果良好，具有空間守恒、單調(diào)的性質(zhì)，又稱平均聯(lián)結(jié)法。引入類綜合指數(shù)法來對實驗方案進行評價。其類綜合指數(shù)Di越大說明采礦方法選擇越具有合理性。表4是類綜合指數(shù)Di對有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法、階段礦房法3種采礦方案技術(shù)經(jīng)濟及礦體賦存條件指標進行優(yōu)劣排序的結(jié)果。由表4可見，有底柱分段崩落法和無底柱分段崩落法的2種采礦方案與Ⅰ級標準差別較大。階段礦房法的類綜合指數(shù)最大，為0.564，最接近Ⅰ級標準的0.586。因此，階段礦房法為Ⅰ號礦床銅礦體最優(yōu)采礦方案選擇。在Ⅰ號礦床銅礦體目前的實際生產(chǎn)中，除了在薄礦體處采用淺孔留礦法外，礦體的其他礦塊幾乎都是采用分段鑿巖階段礦房法，可以保證礦山的生產(chǎn)能力，礦山資源綜合利用率較好。由此可知類綜合指數(shù)法最終選定的采礦方案合理。
3結(jié)論
(1)類綜合指數(shù)法具有結(jié)構(gòu)合理、計算簡便、評價結(jié)果直觀以及易于推廣和應用等特點，同時，能完整地反映出整個系統(tǒng)各方案的優(yōu)劣性。(2)類綜合指數(shù)法更側(cè)重于方案優(yōu)劣的排序比較。類綜合指數(shù)法通過對采礦方案中的各個指標定量化，并對綜合指標進行客觀、準確、全面的排序，最終形成待選方案的優(yōu)劣判據(jù)，其操作步驟清晰易懂、計算簡單。(3)Ⅰ號礦床銅礦體傾角較陡(傾角達到65°)，厚度中等以上(24m)，生產(chǎn)實踐表明。分段鑿巖階段礦房法在開采深部礦體時，具有損失貧化小、礦山安全生產(chǎn)系數(shù)高，經(jīng)濟效益較好等特點。這與類綜合指數(shù)法選擇結(jié)果一致，進一步表明類綜合指數(shù)法在采礦方法選擇問題上的可行性。(4)該模型雖然層次清楚，但是該方法對于專家經(jīng)驗評價標準分級表的確立具有一定模糊性，需要大量的礦山資料和原始數(shù)據(jù)，標準分級的結(jié)果會在一定程度上影響評價結(jié)果的準確性。因此，在模型建立時需要掌握大量的原始資料。
作者：周升平王貽明吳愛祥艾純明單位：北京科技大學土木與環(huán)境工程學院金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室
