湘西金矿深部矿体采矿方法的数值优选.pdf

第 2 l卷 黄金 第 1 l 期 湘西金矿 深部矿体采矿方 法的数值优选 昊爱祥 余 健 中南大学 【 摘要】 湘西奎矿深部矿体的地质情况相 当复杂 ． 所咀采矿方法的选择是深部矿体 开采综合技术研 究中的重要环节。通过时一些采矿方法进行的数值优选评竹 ， 时 多目标 模糊决策法进行 了合理改进 ， 井将它应 用到谊项目中， 经实践证 明是成功的。 1 引 言 关 键 词 至 苎 塾 些 些 兰 中田分类号T D 8 5 3 ． 3 邵 。。 湘西 金 矿是 一 个 开采 历史 悠久 的大 型黄 金 矿 山。 目前已进入深部开拓阶段。而其深部矿体的地 质情 况相 当复杂 ， 在 国 内外 缓倾 斜 矿 体 的岩金 矿 山 中具有一 定 的代表 性 。 因此 ， 对湘 西 金矿 深部 矿 体 开采综合技 术进 行研 究 ， 具 有 重要 的理论 和 现实 意 义。 在 该项 目的研 究 中 ， 采 矿方 法 的选择 是 一个 相 当重要环 节 。这 是 因 为 正确地 选 择 采矿 方 法对 矿 山生产有着极其重要 的意义 ， 它决定着矿山的生产 工艺、 材料消耗 、 设备选型、 劳动生产率、 资源 回收、 矿石质量 、 采矿成本 、 生 产安全 、 生产规模 ， 以及选矿 与冶炼 的加工费用 和经 济效益 ； 同时 ， 采矿 方法一经 选用。 事后若要改变 ， 必将影 响矿山的正常生产， 造 成 巨大的浪费 ， 有时还会延误甚至中断矿山的生产。 2 复式 褶皱特殊矿段 的地质情 况简介 在沃溪矿区深部 2 6中段 标高 一3 6 0 m 以下、 V 3 3 矿脉 以西． 有一个沿层间断层、 受褶皱控制的 盎锑富矿体。统计工业矿块 1 2个， 矿石量 4 7 7 1 2 t ， 矿体 平 均 厚 1 ． 2 8 m， 金 品 位 为 2 5 ． 0 1 t ， 锑 品 位 为 9 ， 6 3 ％。该矿区 2 0中段 标高 一2 l O re 以下就开始 出现 了褶 皱 的迹 象 ， 到 2 6中段 以下复式 褶皱 已发 育 得相 当完 整 ， 褶 皱范 围走 向长 近 4 0 0 m， 矿 脉倒 转 近 1 8 0 。褶皱范围内节理裂发育， 但无大 断层切割矿 脉。矿体严格受该褶皱控制 ， 厚度 随褶皱的发育而 变化 。矿 脉倾角也 时陡 时缓 、 变 化很大 ， 轴部倾 角仅 为十几 度， 两 翼矿脉倾 角由十几 度逐 渐变化到 近 乎 垂 直 ， 膨 胀 挠 曲 现 象 十分 明显 。 矿 石 普 氏系 数 收稿 日新2 0 0 O一0 51 5 吴噩样长沙市中南 大学采矿与岩土工程讲究所4 1 0 0 3 国家。 九五 科技攻关项 目 9 5 5 2 1 0 2 一 O l o i T p g 6 围岩赋存 - E , ⋯紫红 围岩赋存于板溪群 底驿。 组的上部 紫红 色绢云母板岩和舍碳质较高的黑色板岩 中， 蚀变以 褐色为主， 普 氏系数 f68 。这种复式褶皱地段 采矿方法的选择必须考虑如下因素 1 局部 矿段 的倾 角较 缓 ， 矿 石运搬需 采用 爆 力 或机械 运搬。 2 因地 质构 造 影 响 ， 矿 脉 直 接顶 板 弯 曲 ， 采 空 区顶板下凹， 极易沿层面冒落。因此 ， 回采时不允许 暴露较 大面积 的采 空 区顶板 。 3 褶皱 轴线部 位矿 脉的位 置较低 ， 两翼 矿脉 的 位 置则相对较 高 ， 有 利 于矿 石 向轴 线方 向运 搬。但 因集矿与运 矿 的方 向不 同 。 需多 次转运耙 矿 ， 致使 矿 石运输效率 降低 。 4 由于褶皱轴部受构造应力挤压严重， 顶板岩 体表面受拉应力作用， 张裂隙十分发育 ． 采空区顶板 岩体极易沿裂隙塌落 ， 给作业人员造成威胁。因此 ， 必 须有安全 可靠 的采场 临时支护 措施 。 5 深部采场中地压大， 构造破坏严重 。因此 ， 要求快速可靠地充填采空区。 采用永久支护 ， 以便降 低 回采作业面的应力集中程度， 保证回采作业安全。 6 褶皱部位矿石品位商， 要求有较高的 回收 率 ， 所 以应有可靠 的措施来 回收采场底板 的粉矿 。 3 深部矿体采矿方法 的选择与分析 采矿方法选择就是根据某一具体矿体的地质情 况和技术经 济条件 ， 选 择 出适 合 回采 该 矿体 的 最 忧 采 矿方法 。它一般要 经过 初选和优 选两 个步 骤才能 实 现 。 尤其是 当初选 出的各 采 矿 方 法 技术 经 济 指标 值 相差不大 1 0 ％ 一1 5 ％以 内 时 ， 就 必 须通 过 进一 步优选才能得到一个在技术经济上都最为理想的方 法 。 目前 ． 以计算机技术和数学方法为核心的数值 优选法得到了广泛的应用。例如 ， 多 目标模糊决策 维普资讯 第 2 1 卷2 0 0 0年第 1 1 期 法 、 密 切值法 、 灰 色关 联 法 、 双 基点 法和 价 值工 程 法 等。这些方法的共 同之处在于 采用一定的方法对 各备选方 法的 技术 经 济指 标 进 行无 量纲 化处 理 ， 使 单 位不 同 不具 备 可 比度 的各 技 术经 济 指标 变 得 可 比； 然后 ， 根据 各指标 的相对 重要程度 赋予 它们相 应 的权重值 ； 最后 ， 再按 照各 自的方法计算 出综 合评价 值 ， 并 由此 比较 出各采 矿方法 的优劣 。 3 ． 1 对采矿方法数值优选法的研究 奉 课题组 在 该 项 目的研 究 中 ， 对 目前 一些 比较 流行 的采 矿方 法数值优选 法进 行了深人细 致 的剖析 和评价， 并提出了一些有价值的改进和参考意见。 3 ． 1 ． 1 对多目标模糊决策法【 J ] 的分析及改进 多 目标 模糊 决策法 的基本模 型为 B W R 1 式中 B 各采矿方法的相对选择率矩阵 ； 一 各指 标 的 权 矩 阵 ， ， ， ⋯ ， ； 模 糊关系优 属度矩 阵 ， R mX n 。 然后按 照 各 采矿 方法 的 相对 选择 率大 小 。 来 排 定各方法的优劣次序。该方法原理简单 ， 便于理解 和手算， 结果比较精确， 可操作性强。但其关于指标 优 属度 的计 算 公式 却 有待 商 榷 。例如 ， 此方 法 的某 一 类 用 下式来计算 各指 标 的优 属度 L 当 为越大越好的正向指标时； 2 ～ l 一 坚 _ 当 为越小越好的负向指标对。 一 式 中 o 第 i 个采 矿方 法 的第 ， 个指 标 ； ～ 各采矿方 法第 ，个 指标 的最 大值 ， 下 同。 此方 法 在计 算 正 向指 标 优 属度 时 ， o ， 一 为最 优 值 ， 用 计 算 当 然 十分 合 理 。而 在 计 算 负 向指 标 曲 Ⅱ 优属 度时 ， 用 1 一 堑 ’ 即 二 来 计算却 有些 不太 一 ’一 合适 。 因为此 时 o ， 一 是 最劣值 。 如果仍用 它作 为分 母 即 比较 对象 ， 表 面上 看 起 来是 为 了追求 与对正 向指 标处 理 方 式 的一 致值 ， 其 实 ， 这恰恰在 一定 程 度 上使 正 负 向指 标 的优 属度 之 间减少 了可 比度 ， 这 就人 为 地 削弱 了负 向指 标优 属度 的价 值。打 个 比方 。 如 果 我们 对 若 干个 学 生进 行综 合评 优 ， 共 中正 向指 标代 表他的成绩 ， 负 向指标 代表 他违 反纪律 的次数 。在 评 价成 绩 优 属度 时 ， 我 们让他与成绩最好的比， 而在评价他在违反纪律方 面 的优 属度时 ， 我们却 让他与 违反纪律 最多 的人 比。 尽管也能体现出他违反纪律越少， 优属度越高 ， 但 因 比较对 象发生 了根本性 的变化 ， 可 比度当然会 阵低 ， 这显 然是 不公正 的。 如果把 公式 2 改成公式 3 。韭 当 。 为正 向指标 时 ； af 一一af - ’ ，、 【 3 当 o 为负 向指标 时 。 0 一 唧m 式 中t o I 。 各采 矿方 法第 ，个指标 的最 小值 ， 下 同。 这样统 一用 一 一 作 为分 母 ， 就可 克 服公 式 2 的不足， 使各优属度更具有 了可 比性 。但是 ， 该式也有较为严重的弊端 如果各采矿方法的某一 指标彼此差别很小 ， 而数值本身又 比较大时， 用公式 3 计算 的结 果将人 为地夸大 它们 的差 别 ， 从而 给评 优 的准确性 带来 负面 的影 响。如果 对它 们进 行如下 修正 0 _ 9 0 ． 10 - 9 a j ． - a 且 j ．i． 当o 为正向指标时； 4 当 为负向指 标时。 这样 就稍 好 一些 ， 但 它 仍克 服 不 了 自身 固有 的 缺陷。我们发现用公式 2 计算正向指标优属度还 是十 分合理 的 。因此 ， 我们 可用这种 思 维方式 ， 在计 算负向指标优属度时． 也将各指标与其最优值 最小 值 相比． 取其比值的倒数作为相应的优属度， 见公 式 5 当 。 为正 向指标 时 ； ～ ’ 5 1一 当 a 为 负 r t a 标时 。 这样做 在表面 上看来 ， 比较对 象似 乎并 不一致 ， 其实恰 好相反。它同时有效地避免了公式 3 和公 式 4 可能出现 的人为误差。用这种方法计算忧属 度 的决策法 ， 可称为 改进 的多 目标模 糊决 策法 。 3 ． 1 ． 2 灰色关 联法 l 6 用 于采 矿方法数 值优 选 法的 局 限 在 灰色 关联 法 计算 关 联 系数 的公 式 中 ， 两级 最 大 小 差 是取 自某 两个采 矿 方法 中同一指 标 的数 值 之差 ， 而且 始终不 变 ， 在 求别 的指 标 的关 联 系 数 时 ， 仍用这个两级最大 小 差来计 算， 不太合理 。一般 来说 ， 在 采矿 方法 数 值优 选 中 ， 两 级 最小 差均 为零 ， 而两级最大差一般都产生于某两种采矿方法的生产 能力之差。 而且这个数值往往很大。在计算矿石贫 化率、 采矿损失率等一些数值较小的指标时 ， 仍用采 维普资讯 1 4 黄金 矿 生产能 力的两 级 最大 差 ， 这 就会 使 其 中 的 l o k 一 ， l 显得“ 微不足道” ， 严重影响了计算的公正 客观 性 。所 以 ． 灰 色关 联法 比较 适宜 用 于各 指 标性 质相 同或接 近 的某 几千 对象 的 比较 。例 如 ， 某 一 系 统 不同时刻 的发 展 态势 、 学 生不 同科 目的考 试分 数 等 。而在采 矿方 法数值 优选 中 ， 因受量纲 的 影响 ， 各 被 评 价指 标性质 及数值 相差很 大 ， 因 此 ， 该方 法不宜 草率地 用于 采矿 方 法数 值 优选 ， 它可 能导 致 决 策 的 失误 。 如果用“ 区间化算子” 进行无量纲化 其公式 同式 3 后 ． 再使 用灰色关 联法 ， 倒不如直接 利 用式 3 计算优属度的多 目标模糊决策法， 使用前者反而 显 得台近 求远 。况 且 ， 此无 量纲 化 的方 法 还有 其 本 身 固有 的缺陷 。如果将 各指标 与该指标 的最大 值相 除来 消 除量纲再 使 用灰 色 关联 法 ． 其 工作 量 也要 明 显 大于使用 改进 的多 目标模糊决 策法 的工作量 。 而双基 点法 [ 2 3 和 价值工程法 其实可 被统一 到多 目标模糊 决策法 中去 。所 以， 在 这些数值 优选法 中 ， 以改进的多 目标模糊决策法和密切值法较为优 良。 因密切值法 比较 繁 杂 ， 此 处 采用 改 进 的多 目标 模 糊 决 策法来进 行数 值优 选。 3 ． 2 改进的多目标模糊决策法的方法步骤 第一步 ， 建立指标矩阵 A。设有 m种采矿方法 初步 符合 矿体 的地 质条件 、 技术 装备 、 生产 能力等 要 求 ， 每一种方法有 n个性能指标 ， n 表示第 i 个采矿 方法 的第 个 指标 ， 由此 可组成 指标 矩阵 A， A 。 ⋯； 第二步 ， 对指标矩阵 进行无量纲化 ， 建立模 糊关 系优属 度矩 阵 R。 R 的元 素 可用 公 式 5 计 算 ， R ⋯； 第三步， 用层次分析法计算 A H P 各被评价指 标的权 重值 ， 建立权矩 阵 。设各 指 标 的权 重值 为 1 ， 2 ⋯ ． n ， 三 I ， 则 ‘ 1 ， ， ⋯ ． ⋯ ； 第四步， 求各采矿方法 的“ 相对选择率” 岛 i I ， 2 ． ⋯ ， m 。BW R b I ， b 2 ， ’ “， b ； 第五 步 ， 综 合评 价及排序 ， 以 b 值 大者 为优 。 3 ． 3 改进的多 目标 模糊 决 策法在湘西 金矿 的应 用 根据 上述 地质情 况及拄术 、 经济 条件 ． 经初选得 到 4种可行 的采 矿方 法 ， 分 别 用 A l 、 A 2 、 、 A 4来 表 示。其中丘 代表铲运机出矿削壁充填采矿法； A 2 代表问隔分条回采嗣后尾砂充填采矿法 ； 代表扇 形推进削壁充填采矿法 ； 代表水压支柱临时护顶 高水速凝 尾砂 胶结充填 采矿法 。 在备 选 的这 些方 法 各指 标 中 ， 作 业 安 全条 件 属 定性指标 ， 必须 对 它们 进行 定 量 化处 理 。此处 可 采 用专家评分 法按 l O分制 给 它们 打分 ， 然 后再 汇总取 其平均值； 定量指标的取值 是以 1 ． 2 m的脉 幅为例 选取的 ； 而 水压支 柱 临时 护 顶 高水 速 凝尾 砂 胶 结充 填采矿法 的采矿 直 接成 本 ， 则 是按 人 民 币 的汇 率折 算过来 的。现将 各各选方 法及其 相应 指标 列表 I 。 表 1 采矿方法及 其技术 经济指标 值 建 立指标 矩 阵 A并 对它 进 行无量 纲 化 ， 建 立模 糊关 系优属 度矩 阵 R为 I ． 0 0 0 0 ． 9 2 3 0 ． 5 0 0 0 ． 8 1 3 0 ． 3 3 3 0 ． 7 2 4 “] 0 ． 6 1 0 0 ． 6 0 0 0 ． 8 3 3 0． 9 2 9 0 ． 5 0 0 0． 8 3 5 l 0． 4 3 0 I ． 0 0 0 0 ． 6 2 5 1 ． 0 9 0 0． 6 6 7 0． 7 4 5 f 1． 0 0 0 0． 8 OO 1 ． 0 0 0 0． 6 5 0 1． 0 0 0 I． 0 0 01 用层次分析法 A H P 求 出采场生产能力 、 矿 石 贫化率、 采矿损失率 、 采矿直接成本、 采切 比、 作业安 全 程 度 的权 重 值 依 次 分 别 为 0 ． 2 3 2 ， 0 ． 1 1 8 ， 0 ． 1 4 3 ， 0． 2 7 6， 0． 0 5 2， 0． 1 7 9。 9 0 ． 2 3 2 ， 0 ． 1 l 8 ， 0 ． 1 4 3 ， 0 ． 2 7 6 ， 0 ． 0 5 2 ， 0 ． 1 7 9 ； BW R 0 ． 7 8 4 ， 0 ． 7 6 3 ， 0 ． 7 5 1 ， 0 ． 8 8 0 。 因 b 4 b I b 2 b 3 ， 所 以各方 法 的优 劣次序为 4 AI A 2 3 ， 即水压 支 柱临 时护 顶高 水 速 凝尾 砂胶 结充填采矿 法 为最挂 方法 。 4 结语 1 通过深人 细致 地剖析 和研究 ， 我 们对一 些 目 前 比较流行 的采矿 方法数 值优选 法进 行 了评 价和优 选 ， 提 出了一些 富有建设性 的改进建议 ， 并指 出 了双 基点 法和价值 工程 法 的本 质 ， 提 出 了灰 色关 联 法不 维普资讯 第 2 l卷2 0 0 0年第 1 l期 l 5 宜用 于该矿采 矿方 法 数值 优选 ， 为选 用 台适 的采 矿 方法 数值优选 法提 供 了有 价值的参 考意见 。 2 改进后 的多 目标模糊 决策法 ， 广泛 吸收 了多 种采矿 方 法数 值 优选 法 优 点 ， 简捷 明 了 、 十分 直 观 ， 且比许多复 杂的方 法还要精确 ， 做到了深人 浅出。 实践 证 明 ， 这是 一 种 简 单 、 易 行 、 客 观 、 精 细 的 好 方 法 它 既可 以用手 算 ， 又 可借 助计算 机来实 现 ； 不仅 适用于采 矿方 法 的优选 ， 而且 还 可 以应 用到 许 多相 关 领 域 3 通 过数 值 优选 法选 出的 水压 支 柱 临时 护顶 高水速凝 尾砂 胶结 充填 采 矿 法 ， 在实 际应 用 中优势 明显 ， 产 生 了较好 的经 济 效益 和 社会 效 益 ， 因 而 ， 被 实践证 明是最 佳的 方法 。这说 明关 于该 采 矿方法数 值 优选 的研究是 成功 的。 参考 文献 1 肖有鼎 ． 廖世金应用模糊 数学对 采矿方 法选择 进行综 台评判 ． 有 色金属 ， 1 9 9 3 1 1 ～ 6 ． 2 谢 贤平 ． 杨睹 ． 采 矿方法设计方案 的评价 与选 择 ． 黄金 ． 1 9 9 6 【 6 1 5 ～1 8 3 谢 贤平 ． 灰色 关联分析 法在 采矿 技 术经 济分 析 中的应 用矿山设计 研究 ， 1 9 9 0 5 2 3 2 7 ． 4王亮基于 密切 值法 的采矿 方法 选择 与优 化 ．有 色金 属 ， 1 9 9 9 4 1 2～1 4 5张跃 ， 邹寿平 ， 宿 芬编著 ． 模 糊数学 方 法及 其应 用 北 京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 2 2 1 3 2 1 8 6邛聚龙著 灰色系统基本 方法 ． 武 汉 华 中理 工大学 出 版杜 ， 1 9 8 7 1 73 4． 编辑 崔岱 Nu m e r i c al o p t i mi z a t i o n o f t he m i n i n g me th o d f o r t h e d e e p l e v e l o r e b o d y mi n i n g o f xi a ng x i Go l d M i n e Wu Ai x i a n g e t a 1 ． C e mr S o u t h b v e r s Ab s l 3 “a c t T o s e l e c t t h e b e s t mi n i n g me t h o d i s a n i mp o r t a n t l i n k i n t h e p o e c h n i c r e s e a r c h f o r t h e d e e p l e v e l O re b o d y e x p l o i t a t i o n o f Xi a n g x i‰ J d Mi n e ． d u e t o t h e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n i s c o m p l e x． T h r o u g h s o me n u me r i c a l o p t i miz a t i o n a p p r a i s a l o f mi n i n g m e t h o d ， t h e mu h i o - b j e c t f u z z “ d e c i s i o n m e tho d i s i mp r o v e d r e a s o n a b l y； I t i s p r o v e d i n t h e p r a c t i c e t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f the i mp r o v e d mu h l - o b j“ e c t f u z z ,d e c i s i o n me tho d i s s u c c e s s f u 1． K e y w o r d m i n i n g m e t h o d ； n u m e r i c a l o p t i miz a t i o n ； m u h i o b j e c t fu z z d e c i s i o n 利用 一克 吨资 源展现 专 业技 术实 力 陕西地勘局堆浸技术 中心 曰 ★ 低 品 位 金 矿 石 柱 浸 试 验 ★ 载 金 炭 解 吸 电 解 水 业 笠 陷 ／ 曰 ★ 堆 浸 矿 山 设 计 、 技 术 咨 询 ★ 堆 浸 设 备 设 计 制 造 ● 一 的 的 业 ★ 难 浸 金 矿 生 物 氧 化 堆 浸 ★ 各 类 堆 浸 药 剂 器 材 专 J 口 绩 ★ 含 金 尾 渣 、 烧 渣 堆 浸 回 收 ★ 联 合 投 资 办 矿 券 地 址 陕西 省宝鸡县 地质三 队 法人代 表 王 绪明 主任 王 金祥 联 系人 赵保 科程东会 邮政编 码 7 2 1 3 0 0 电话 0 9 1 7 6 2 9 5 9 7 8 传真 0 9 1 7 6 2 9 5 8 4 5 E - ma i l w a n S i i n x i a n g 1 8 8 ． n e t 维普资讯