類綜合指數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
根據礦床的地質條件和開采技術條件以及國家經濟政策的要求，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、優化礦房參數，形成連續回采作業空間，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形運輸系統，每3個礦塊設置1個行人進分天井，用聯絡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，且以聯絡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。在電耙道一側邊孔傾角不小于55°。為了減少耙道堵塞次數和降低堵塞高度，在耙道的另一側鉆鑿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由專門出礦巷道所構成的底部結構，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。采用脈內脈外聯合采準，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。分段聯絡道為人行提升井、溜礦井與礦體之間的水平聯絡通道，上下兩段聯絡道錯開布置。
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構穩定性，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技術指標對比對上述初選的采礦方法試驗進行了技術、經濟及礦體賦存條件指標的統計，其具體數據如表2所示。綜合國內外礦山生產資料以及生產技術人員、采礦設計人員以及經濟工作專家學者的經驗等，對3種采礦方法下的技術經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］。其結果見表3。
2.1類綜合指數法的基本原理類綜合指數法對具有客觀差異性的指標進行標準化，其取值在(0，1)區間內，然后依據條件標準和計算方法，計算出各方案虛擬優劣點距離，最后得出方案類綜合指數。類綜合指數的大小排序反映出了各系統方案優劣程度［11］。礦體處于復雜環境下，開采條件具有很大模糊性，不能把開采技術及礦體賦存條件指標直接進行定量計算。而類綜合指數法能將各指標或相關因素轉化為量化形式，進行系統方案優劣評價，得出最優采礦方案。這對全面評價方案狀況和確認方案合理性有重要價值。運用類綜合指數法對采礦方法各個方案進行優化選擇，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，使試驗方案數據變成標準矩陣(R)，其數值均(3)求出虛擬優點QG和虛擬劣點QB。指標值越大，說明采礦方法試驗的優勢越不明顯，即方案集中的虛擬優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Di。類綜合指數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、單調的性質，又稱平均聯結法。引入類綜合指數法來對實驗方案進行評價。其類綜合指數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種采礦方案技術經濟及礦體賦存條件指標進行優劣排序的結果。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號礦床銅礦體最優采礦方案選擇。在Ⅰ號礦床銅礦體目前的實際生產中，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能力，礦山資源綜合利用率較好。由此可知類綜合指數法最終選定的采礦方案合理。
3結論
(1)類綜合指數法具有結構合理、計算簡便、評價結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各方案的優劣性。(2)類綜合指數法更側重于方案優劣的排序比較。類綜合指數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劣判據，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、礦山安全生產系數高，經濟效益較好等特點。這與類綜合指數法選擇結果一致，進一步表明類綜合指數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據，標準分級的結果會在一定程度上影響評價結果的準確性。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境工程學院金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室
