某鎢礦急傾斜薄礦體采礦方法優選

吳禮軍 韓曉亮 劉白璞

（1.中國爆破行業協會，北京100070；2.浙江省高能爆破工程有限公司，浙江杭州310012；3.江西理工大學資源與環境工程學院，江西贛州341000）

當前，我國大力倡導建設資源節約型、環境友好型綠色礦山，提高礦山生產效率、降低開采成本已經成為礦山企業面臨的重要任務。采用合理的采礦方法對于提高礦石回收率、降低開采成本具有至關重要的意義［1-3］。本研究針對某鎢礦急傾斜礦體開采難度大、開采成本高等問題，采用層次分析法對采礦方法進行優選。

1 礦山概況

某鎢礦區屬中低山區地貌，山脊多呈SE或NE向延伸，坡度為25°～40°，海拔280.05～768.84 m。礦床為石英脈型礦床，礦脈為急傾斜薄礦脈，平均傾角為80°，含礦石英脈呈近EW走向，礦帶高為50 m，長度為1 600 m，寬度為80～120 m，平均厚度為5 m，變化幅度較小。

2 采礦方法初選

通過查閱《現代采礦手冊》［4］并參考類似礦山生產經驗，總結了適用于急傾斜礦體的采礦方法，結果如表1所示［5］。

根據該礦山實際地質情況并通過查閱相關資料分析得出：適用于5 m厚急傾斜礦體的采礦方法為淺孔留礦法、無底柱分段崩落法及上向水平分層充填法［6］。

（1）淺孔留礦法。礦塊沿走向布置，長度為50 m，頂柱厚度為3 m，底柱高度為6 m，間柱寬度為6 m，同層中的礦房每間隔5 m布置漏斗。采用拉底巷道作為拉底空間，用作礦體回采時的工作面，拉底高度為2～2.5 m，寬度為礦體厚度；當開采極薄礦脈時，其寬度應不小于1.2 m，以確保放礦順利進行。采用鑿巖機鑿巖，上向炮孔自下而上分層爆破，每次爆破后，通過天井進入新鮮空氣至工作面，繼而將污濁空氣排至上部回風巷道。放礦時采用礦石自重溜礦，每次放出爆碎礦石的2/3，確保留礦堆上鑿巖空間高度保持在2 m左右。

（2）無底柱分段崩落法。礦塊沿走向布置，分段高度為10 m，間距為8 m，分段下部無底柱結構。溜井之間距離為100 m，溜井斷面規格為3 m×3 m（長×寬），從斜坡道掘進溜井和分段聯絡平巷。利用鑿巖機鉆深孔，而后進行爆破作業，爆破完成后，通過相關通道引入新鮮空氣至采場，將爆破產生的炮煙排出。使用鏟運機將爆碎的礦石運送至溜井，利用放礦設備將礦石輸送至選礦廠。

（3）上向水平分層充填法。采場沿走向布置，長50 m，間柱寬度為6 m，不留底柱。同分層開挖，階段高度為9 m，礦房高15 m，礦柱高10 m，常用控頂高度為2～5 m。下盤脈外采準，交界處布置1條穿脈至上盤，上下階段的穿脈通過布置于沿穿脈傾向上盤的脈內充填回風井連通，毗鄰的階段則通過斜坡道連接。采用鑿巖機鉆深孔進行爆破作業，再通過相關通道將新鮮空氣引入采場，由此將爆破作業產生的炮煙等污風排出采場工作面。采用鏟運機運送礦石，完全采出礦石后，再利用充填體（通過一定配比形成）通過充填軟管對采區進行充填。

通過查閱類似礦山生產資料和《現代采礦手冊》［4］，上述3種采礦方法的相關技術經濟指標統計如表2所示。

分析表2可知：淺孔留礦法和無底柱分段崩落法的生產能力較高（分別為345 t/d，300 t/d）、成本較低（分別為50.49元/t，37.67元/t），但上向水平分層充填法的貧化率最低，為3.54%。本研究采用層次分析法對上述采礦方法進行進一步分析和比較。

3 采礦方法綜合評價體系構建

層次分析法通過定量與定性相結合的方式，用數值差異表達判斷結果，可解決采礦方法優選問題［7-10］。本研究層次結構模型構建如圖1所示。

3.1 構造判斷矩陣

矩陣元素用數值差異反映重要度，如表3所示。

本研究構建的判斷矩陣為

3.2 層次單排序及其一致性檢驗

單排序由判斷矩陣的特征向量表示［11-13］，可表示為

式中，CI為一致性指標；λmax為矩陣A的最大特征值；n為矩陣A的階數。

CR值的計算公式為

式中，CI為一致性指標；RI為隨機一致性指標，根據表4取值。

3.3 隸屬度矩陣建立

影響因素分為定量指標和非定量指標，為方便比較需要進行無量綱化處理。

（1）定量指標。分為收益類定量指標和消耗類定量指標，前者通過式（4）建立隸屬度函數，后者通過式（5）建立隸屬度函數。

式中，aij為方案 j的指標；aijmin為指標最小值；aijmax為指標最大值。

（2）非定量指標。非定量指標通過對重要程度劃分等級同時賦予對應數量值的方式建立判斷矩陣，采用二元比較法，設需要進行重要性比較的目標因素集，X={X1，X2，X3，...Xm}，而后進行比較，若Xk比Xl重要，令ekl=1，elk=0；若Xk與Xl同樣重要，令ekl=1/2，elk=1/2（k，l=1，2，…，m），由此可得具體數值及隸屬度取值，分別如表5、表6所示。

3.4 綜合評分

方案總分可通過下式進行計算，

4 工程應用

本研究通過對技術、安全、經濟等因素進行綜合比較，優選采礦方案。其中，技術因素包括采切比、適應性、管理難度和生產能力；安全因素包括通風條件和采場穩定情況；經濟因素包括采礦成本、回采率和貧化率（圖2）。結合礦山生產實際，各因素總結形成備選方案綜合評價見表7。

4.1 層次分析法確定指標權重

通過查閱相關資料，相關矩陣如表8至表11所示，綜合權重表如表12所示。

根據式（1）～式（3）計算得出，CR=0，滿足條件，當CR＜0.1時，矩陣可信。

同理計算可得，CR=0.02，滿足條件。

同理計算可得，CR=0，滿足條件。

同理計算可得，CR=0，滿足條件。

由表12可以得出權重向量W

4.2 建立隸屬度矩陣

根據式（4）、式（5）計算得到的5個定量指標的隸屬度矩陣R′為

4.3 綜合得分比較

根據式（6）得出B=WR=[0 .836,0.638,0.825]，可見，淺孔留礦法得分為0.836，無底柱分段崩落法得分為0.638，上向水平分層充填法得分為0.825。因此，淺孔留礦法得分最高，故可以認為該方法最優。

5 結語

在綜合分析某鎢礦地質與生產資料的基礎上，結合類似礦山生產經驗，通過層次分析法確定了淺孔留礦法為該礦急傾斜薄礦體的最佳采礦方法。該方法在實踐中使得礦石年產量提高了12萬t，每年可節約成本近400萬元，經濟效益顯著，對于類似礦山急傾斜礦體安全高效開采有一定的參考價值。