急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究

张伶年,尹彦波

(1.桃江久通锑业有限责任公司, 湖南桃江县 413400;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究

张伶年1,尹彦波2

(1.桃江久通锑业有限责任公司, 湖南桃江县 413400;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

结合板溪锑矿矿床特征,采用方案技术比较、综合经济比较和模糊综合评判三种技术方法比较优化选择采矿案,确定了上向水平分层废石充填采矿法为矿山开采的最优采矿方法,并在生产实际中得到了应用,取得了良好的技术和经济效果。

采矿方法选择;上向水平分层废石充填采矿法;急倾斜薄矿脉

桃江久通锑业有限责任公司(原桃江县板溪锑矿)所开采矿体为急倾斜薄矿体,有用矿物为辉锑矿。矿体具有倾角陡、厚度小、品位较高;矿体及围岩节理裂隙较发育、尖灭再现常见;矿岩分界明显,较易于分离;矿体与上下盘围岩一般有断层面相隔、埋藏深度大等特点。原采用留矿法回采,常出现矿石放不下等问题,后改为硐室取石的干式充填法回采。由于每次爆破后有大量品位很高的粉矿落入充填料中,其金属损失量约为15%左右,且采场生产能力小,采矿效率低、贫化大、成本高,采场作业劳动强度大,同现代采矿技术相比,在采矿工艺、采矿效率、采矿经济技术指标等方面,尚存在进一步改进和完善的空间。

1 采矿方法优选

根据研究矿体赋存条件,初步拟定采矿方法方案为:硐室取石充填采矿方法(方案Ⅰ);上向水平分层废石充填采矿法(方案Ⅱ);砌柱电耙留矿采矿法(方案Ⅲ);削壁充填采矿法(方案Ⅳ)。

从板溪锑矿矿体开采技术条件、矿山现有技术装备现状和矿山生产实际出发,制定本采矿方法方案应遵循的基本原则是:安全原则;高效原则;低贫损原则;低成本原则;工艺简单。

为优选适宜的采矿方法,从技术比较、综合经济比较以及模糊综合评判三个方面进行了方案优选。

1.1 采矿方案技术比较

上述初选的4个采矿方案,在桃江久通锑业有限责任公司开采矿体赋存条件下,都是可以实现的技术方案,各方案技术经济指标及其优缺点见表1。

综合表1所列各方案的技术经济指标及优缺点可以看出,各方案从优到劣的排序可列为方案Ⅱ、方案Ⅳ、方案Ⅰ和方案Ⅲ,其中方案Ⅲ由于矿体具有氧化结块的趋势,如采下矿石存贮时间过长,易引起结块而影响重力放矿。

表1 各方案技术比较

1.2 采矿方案综合经济比较

为全面、准确衡量各方案,对各个方案进行了综合经济比较。在经济比较中,采用和参照矿山现阶段各项作业成本和相关方案的技术经济指标为计算依据,以1000t地质储量和含锑品位15%为计算基准,考察各方案的最终经济效果。各采矿方案综合经济比较见表2。

从表2可知,以单位采出矿石所获利润和单位地质矿量所获利润作为衡量指标,各方案从优到劣的排序可列为方案Ⅳ、方案Ⅲ、方案Ⅱ和方案Ⅰ。

表2 各方案综合经济指标比较

1.3 采矿方案模糊综合评判

为了全面准确地评价各方案,达到最优化的目标,考虑到选择采矿方法需要考虑的因素很多是不定量因素,具有模糊性,因此,采用模糊数学理论对各方案进行分析和综合评判是比较合理的。

根据桃江久通锑业有限责任公司的具体情况,最佳采矿方法A主要考虑以下几个因素:安全因素(B1)、经济因素(B2)、资源因素(B3)、效率因素(B4)。各层次诸因素间的关系见图1。各分指标(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)对总目标A的权重分配值可由表3计算求得。

图1 采矿方法选择层次结构

表3 因素权重W值的计算

由表3可知,W=(0.46,0.05,0.09,0.02,0.02,0.10,0.21,0.05)。

由初选结果可知,决策论域{方案Ⅰ,方案Ⅱ,方案Ⅲ、方案Ⅳ},影响采矿方法选择的主要因素集合为V={顶板安全C1,通风条件C2,采矿成本C3,采切比C4,损失率C5,贫化率C6,采矿工效C7,生产能力C8}。上述各因素中定量指标参考本矿和国内外类似矿山选取,定性指标则由专家按最差、差、较差、中等、较好、好、最好等7个标准进行评比,各方案主要因素指标见表4。

表4 各方案主要因素指标

为具有可比性,首先需要对表4中的数量指标去量纲化,之后构成一个评价矩阵R:

运用加权平均模型M(·,⊕)对各方案进行评价,A=W°R,计算结果为:

用模糊数学方法计算得出方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ的评价特征值分别为0.441、0.588、0.837和0.502,根据最大隶属度原则可以得出优势方案的排序为方案Ⅲ、方案Ⅱ、方案Ⅳ和方案Ⅰ,方案Ⅲ在模糊评价中具有优势。

2 采矿方法方案确定

各方案经过技术比较、综合经济比较和模糊数学综合评判,对各方案所能达到的技术经济指标和固有优缺点进行了较为系统、深入细致的分析。方案技术比较:方案Ⅱ显示出一定的技术和经济优势,一是表现在采场生产能力、采矿损失率、采矿贫化率和采矿直接成本的综合优势上,二是在井下就地消化了掘进废石,特别是采场以上中段产生的废石可以不经提升直接进入采场充填,将大大减少井下废石的提升运输费用;方案Ⅲ则由于其矿石具有氧化结块趋势,留于采场中的矿石可能产生结块而影响矿石的最终放出。综合经济比较,方案Ⅳ和方案Ⅲ显示出一定的综合优势;方案Ⅱ次之。模糊数学综合评判:方案Ⅲ显示出综合优势,它的特点是生产能力大,采矿成本低,但在采切比、采矿损失率和采矿贫化率方面最差,在采场宽度小于1m的采场中用电耙出矿也存在一定的难度,采空区不能得到及时处理,该方案显示具有综合优势,与综合评判模型的设计不无关系;其次为方案Ⅱ。

综上所述,综合三个比较环节的结果,方案Ⅱ应是所有方案中的最佳方案,其次是方案Ⅳ,方案Ⅰ最差,即新拟定采矿方案均比矿山在用采矿方法具有优势,方案Ⅱ表现更为突出。因此,确定上向分层废石充填采矿法为最佳采矿方法。

3 结 论

从桃江久通锑业有限责任公司的生产实际和板溪锑矿床急倾斜极薄矿脉的开采技术条件出发,经过方案拟定、方案技术比较、方案综合经济比较和模糊数学综合评判,最终确定方案Ⅱ即分段上向分层废石充填采矿法为所有方案中的最优方案。该采矿方法的采场生产能力相对较大,采准布置简单,采切工程量少,采矿损失少、贫化低,采矿效率较高,采矿成本较低,使用设备简单,不需另外增加设备投资,对矿体厚度的适应能力较强,能容纳大量的井下掘进废石,采空区可以得到及时处理,这些因素的累积形成了该方法的综合优势,如计入采场废石充填所降低的废石排放成本,则其经济优势更为突出。

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[3]杨德全,周国庆,侯克鹏,等.采矿方法选择及其数值模拟研究[J].采矿技术,2009,9(3):12～14.

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2010-02-25)

张伶年(1971-),男,湖南桃江人,工程师,主要从事采矿工程技术工作,Email:672067276@qq.com。