基于层次分析和模糊数学综合判定的某金矿采矿方法优选

王梓安

摘要：为解决某金矿缓倾斜复杂多变薄矿体开采问题，在采矿方法初选的基础上，综合运用层次分析和模糊数学综合判定的方法，对所选5种采矿方法的安全性、通风条件、机械化程度、采切比、采场生产能力、矿石贫化率、采矿损失率与工艺复杂程度等8个指标进行定性与定量的权重计算确定最优方案。最终优选的采矿方案经现场工业试验验证，采场技术经济指标均有较大提升。现场试验结果进一步验证了层次分析和模糊数学综合判定方法对采矿方法优选具有工程的可行性和有效性。

关键词：缓倾斜薄矿体；层次分析；模糊综合评判；采矿方法;安全高效开采

中图分类号：TD853.2          文章编号：1001-1277（2023）06-0024-06

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20230606

采矿方法的选择是一个典型的模糊决策问题，影响因素很多且具有模糊性［1-3］，如安全性、工艺复杂程度等，不能定量的表达其优劣性，需要综合运用模糊数学，将定性的指标构造相应的层次结构模型计算其权重值。最终运用模糊数学综合评判法对采矿方法进行优选，使方案的选择更加科学、合理、可靠［4-6］。

1 工程背景

某矿山矿床产于色洛河岩群内，矿体主要位于中部岩性段的底部，其他部位的矿体极少，且规模很小。矿体严格受韧性剪切带构造控制，走向近南北，倾向东，倾角15°～43°，矿化带总体长度1 000 m，宽度最宽50 m。矿体总体走向近南北，倾向东，倾角30°，0勘探线以北的浅部矿体倾角稍陡，倾角一般为35°～40°，矿体的赋存标高为646～-20 m。

矿体大部分属于缓倾斜复杂多变矿体，主要呈薄脉状。国内外采矿界的专家普遍认为：缓倾斜复杂多变矿体由于受赋存条件、凿岩、出矿、支护等方面的制约，难以实现矿体的安全、高效、经济开采，属于难采矿体。导致该类型矿体开采困难的原因主要有以下几点：

1）出矿困难。矿体赋存倾角缓，一般远小于矿石自然安息角，采下矿石既不能靠自重自行放出，也不方便采用铲运机等无轨设备铲出。采场出矿时，部分矿石甚至遗留在采场中，造成矿石损失。

2）顶板管理和维护困难。缓倾斜矿体开采时，大部分选用空场采矿法，方法的形式决定了需暴露一定面积的顶板，但遇到不稳固块段，或采场面积增大时，为确保凿岩、出矿等作业的安全，须对采场顶板进行合理支护，但往往支护较困难，又无法保证绝对安全。

3）采准工程布置难题。缓倾斜复杂多变矿体往往受矿体赋存状态的影响，采切工程量、采切比较大，从而造成开采成本增加，而开采成本又是决定矿山开采至关重要的因素。

该矿山利用探矿沿脉、天井等工程采用类似留矿采矿法进行过局部采矿作业，如果继续采用原采矿方法则生产效率低、采矿损失贫化大，难以满足矿山安全高效生产的要求。因此，开展缓倾斜复杂多变矿体安全高效开采技术试验研究，创新传统的缓倾斜矿体采矿技术，提高采矿机械化水平及劳动生产效率，可提高该矿山缓倾斜复杂多变矿体开采的技术水平，也对企业建设资源节约型、环境友好型的目标具有十分重要的现实意义和指导意义。

2 采矿方法初选

通过现场调查，结合矿体赋存条件：矿体倾角45°左右，少部分急倾斜矿体；主要矿体平均厚度0.82～3.61 m，属薄矿体。例如，Ⅱ-1号矿体平均厚度3.61 m，矿体及顶底板围岩完整稳固，水文地质条件

简单，矿石价值中等，矿石部分存在结块性，但无自燃性。根据矿山的实际情况，参考国内外该类矿体所采用的采矿方法［7-11］，提出了锚杆护顶壁式全面采矿法标准方案（方案一）、伪倾斜分条采矿法标准方案（方案二）、“V”形工作面推进全面采矿法标准方案（方案三）、爆力运矿采矿法标准方案（方案四）、留矿全面采矿法标准方案（方案五）等5种标准设计方案。

1）方案一，锚杆护顶壁式全面采矿法标准方案见图1，其采场生产能力50 t/d，采矿损失率15 %，矿石贫化率10 %，千吨采切比96 m3/kt。

2）方案二，伪倾斜分条采矿法标准方案见图2，其采场生产能力55 t/d，采矿损失率13 %，矿石贫化率12 %，千吨采切比85.7 m3/kt。

3）方案三，“V”形工作面推进全面采矿法标准方案见图3，其矿块生产能力60 t/d，采矿损失率12 %，矿石贫化率6 %，千吨采切比73.68 m3/kt。

4）方案四，爆力运矿采矿法标准方案见图4，其矿块生产能力150 t/d，采矿损失率15 %，矿石贫化率12 %，千吨采切比70.52 m3/kt。

5）方案五，留矿全面采矿法标准方案见图5，其采场生产能力50 t/d，采矿损失率12 %，矿石贫化率9 %，千吨采切比25.4 m3/kt。

通过对各个方案的分析可以看出，其各有优缺点，很难确定合理的采矿方案。因此，下一步将采用层次分析与模糊数学方法将定性和定量指标统一进行多因素的模糊数学综合比较，确定最佳采矿方案。

3 采矿方法优选

3.1 评价集与因素集的选择

模糊数学综合评判通过构造等级模糊子集，把反映评判对象的模糊指标进行量化，然后进行模糊决策。

评价集（v）即初选方案，对于采矿方法选择而言，因素集（u）即影响采矿方法选择而考虑的因素。综合矿山的生产现场实际情况，并结合采矿方法选择所考虑的安全因素和技术经济因素，选择8个指标因素。根据指标因素取值的特点，指标因素又分为定性指标和定量指标。

3.2 指标判定

评价指标选取的原则是以尽量少的指标，反映最主要和最全面的信息。根据矿山自身的开采技术条件，本文从安全、经济、技术3个方面对评价指标进行选取。其中，由于岩石稳固性一般，因此把采场安全性作为安全评价指标；其次对采场生产能力、矿石贫化率、采矿损失率、采切比进行分析，作为经濟评价指标；最后将通风条件、机械化程度、工艺复杂程度作为评价指标对各个方案从技术方面进行分析。由于定性指标具有模糊的特点，不同人的评判具有一定的差异性，为了使评判具有代表性、科学性，将定性指标按分数高低进行分类，见表1。根据其经验，将定性指标进行模糊定量评价，求其平均数，即模糊定量值。

定量指标结合该矿山实际情况，采用调查问卷的方式，将各采矿方法定性指标发给矿山相关专业人员进行打分，取其平均值，最终得到定性指标和定量指标的估值，见表2。

3.3 构造因素影响评判矩阵

评判矩阵根据因素集中的8个因素指标确定，把5个方案中的因素值作为列，构成指标矩阵V。

3.4 确定各因素的权重

各因素的权重采用层次分析法确定，建立层次结构模型（见图6），根据采矿方法选择所考虑的准则，准则层包括安全因素和技术经济因素两方面。安全因素准则包括安全性、通风条件和机械化程度3个指标；技术经济因素准则包括采切比、采场生产能力、矿石贫化率、采矿损失率、工艺复杂程度5个指标。因素重要程度判断值见表3，准则层相对于目标层判断矩阵见表4。

3.6 工程应用

根据优选的采矿方案，在矿山进行了现场应用。矿体形态较复杂、矿体厚度变化大，矿体整体走向为北西，产状较缓，倾角在37°～-45°。矿块长度约50 m，平均厚度2.5 m，矿石平均品位2.89 g/t。由于矿体中品位分布的不均匀性，使矿体中夹石常现，并造成局部分支复合、膨大缩小、尖灭再现现象产生。试验矿块地质储量信息见表9。

试验采场使用YT-28型手持式气腿凿岩机凿上向炮孔。使用一字型硬质合金钎头，钎头直径38 mm，B22中空六角钎杆，钎杆长度2.0 m。炮孔直径40 mm，施工后孔深约1.8 m，倾角40°，倾向与矿体倾斜方向一致，按照矿体全厚一次性向前推进。爆破参数：排距1.2 m，孔间距1.2 m，采用梅花形布孔，爆破块度见图7，取得的主要技术经济指标见表10。

通过采矿方法试验研究，针对矿区缓倾斜复杂难采薄矿体开采时存在的各项难点问题，提出了留矿全面采矿法的开采方式，并进行了现场工业试验，所完成的采矿方法试验具有采矿回采率高、矿石贫化率低、生产能力大、地压控制效果好等一系列的优势，是一种各项技术经济指标先进、工艺合理的采矿方法。

4 结 论

1）参考国内外同类矿体开采经验，结合矿山实际开采技术条件，初步提出了锚杆护顶壁式全面采矿法、伪倾斜分条采矿法、“V”形工作面推进全面法、爆力运矿采矿法、留矿全面采矿法5种典型方案，并对其进行了技术经济指标描述。

2）基于层次分析和模糊数学理论，考虑各方案在安全性、通风条件、机械化程度、采场生产能力等方面的优劣表现，通过理论分析与计算得到所提出的4种该类型典型矿体采矿方案的相对偏差C=（0.6，0.734 6，0.807 1，0.842 1，0.58），最终选择留矿全面采矿法为最优方案。

3）将最优方案付诸现场实践，在矿山进行了现场工业试验。据统计：采场生产能力为70 t/d，采矿损失率为13 %，矿石贫化率为12 %，试验结果表明，该种采矿方法回采作业安全、采场生产能力大、采矿损失率较低，能够很好地实现矿山安全高效开采目标。

［参 考 文 献］

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［11］ 汪洋，赵强，张海明，等.基于留矿全面采矿法的倾斜薄矿体开采技术［J］.现代矿业，2014，30（9）：36-38.

Abstract：To solve the problem of complex and variable moderately inclined thin ore body mining in a gold mine，based on the initial selection of mining methods，the method of analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation was comprehensively applied，and 8 indicators such as safety，ventilation conditions，mechanization degree，mining cut ratio，mining production capacity，ore dilution rate，mining loss rate，and process complexity were qualitatively and quantitatively weighted to determine the optimal scheme.The finally optimized mining plan was verified by on-site industrial tests，and the technical and economic indicators of the mining field were greatly improved.The on-site test results further verified the engineering feasibility and effectiveness of the analytic hierarchy process and fuzzy mathematics comprehensive evaluation in mining method optimization.

Keywords：moderately inclined thin ore body;analytic hierarchy process;fuzzy comprehensive evaluation;mining method；safe and efficient mining