基于未確知測度理論的金山金礦采礦方案優化及應用

宋宏元 周樂 侯俊 趙龍 程文文

摘要：針對金山金礦在采用淺孔房柱采礦法和全面采礦法開采厚度6 m以上礦體時，存在的采礦損失率較高、采場生產能力偏小、作業安全性較差等問題，結合灣家塢礦區礦體開采技術條件及開采現狀，提出4種技術上可行、經濟上合理的采礦方案，并采用未確知測度理論進行方案優化。未確知測度模型評價結果顯示：在充分考慮各采礦方案操作難易程度、安全、適用性等9種因素情況下，分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法為最佳開采方案。

關鍵詞：未確知測度理論;采礦方案;分段空場;拋擲爆破;充填采礦法;緩傾斜中厚礦體

中圖分類號：TD853文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）06-0047-05doi：10.11792/hj20210609

中國黃金集團江西金山礦業有限公司（下稱“金山金礦”），位于江西省德興市，目前采選處理能力為2 000 t/d，主要由灣家塢、朱林西、陽山、雷高霧等礦區組成。金山金礦主要采用淺孔房柱采礦法和全面采礦法開采厚度6 m以下礦體[1]，但隨著開采深度的增加，礦體逐漸厚大，緩傾斜垂直厚度在15 m以上的礦體所占比例已經超過60 %。對于這種中厚以上的礦體開采，若繼續采用原來的采礦方案，采礦損失率將會增加，影響礦山的整體經濟效益，而且采場供礦能力不足[2]，作業安全性較低，已經遠遠不能滿足生產需求。因此，金山金礦根據自身的開采技術條件和需求，提出可供選擇的分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法、機械化盤區上向水平分層充填采礦法等4種采礦方案，并采用未確知測度理論對其進行優選，旨在選取適合礦山的安全、高效采礦方法，提高資源利用率，延長礦山服務年限，并為目前礦山生產實際情況和3 000 t/d的擴建工程提供技術儲備。

1 采礦方案

1.1 礦體開采技術條件

V1礦體是金山金礦灣家塢礦區的主礦體，其中，0 m～-105 m中段礦體傾角為30°～50°，-105 m中段以下礦體傾角減小至10°～25°，呈明顯的反“S”形，平均傾角29°，礦體最大厚度26.87 m，平均厚度4.16 m，平均品位5.06×10-6，屬有用組分分布不均勻礦體。礦體整體膨脹狹縮明顯，局部有分支復合現象。礦體及其頂板圍巖巖性基本一致，屬堅硬巖石，主礦體底板圍巖為含碳千枚巖，礦體及其頂板-130 m范圍內，RQD值為85.46 %;礦體底板100 m范圍內，RQD值為75.57 %。

1.2 采礦方案初選

針對金山金礦灣家塢礦區礦體開采技術條件和開采現狀，以及由于灣家塢礦區本身具有尾砂自流輸送充填系統，因此采礦方案初選主要遵循以下2點原則：①安全原則。盡量減少施工人員在采場直接頂板下作業時間，同時亦要保證地下采礦生產不會給未來生態、環境遺留安全隱患，使用尾砂充填及時處理采空區，控制地壓，防止地表塌陷和移動。②高效原則。由于現有采礦方法的采場生產能力偏小，難以保證未來3 000 t/d的礦山生產規模，因此要求新的采礦工藝必須能夠提高生產效率[3]，從而保證未來的生產需要。

基于此，金山金礦提出4種采礦方案以備選擇：①方案一，分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法。該方案的實質是改變炮孔邊孔的最小抵抗線方向，將礦石以爆力運搬的方式拋擲到出礦塹溝巷道中，使得下盤礦石囤留量大大減少，最后通過膠結和尾砂交替充填來實現安全高效回采。②方案二，機械化盤區上向水平分層充填采礦法。該方案除具有采礦損失貧化低、采切工程量小等優點外，最主要的優點是能夠適應不同礦體傾角及形態的變化。③方案三，底盤塹溝電耙出礦采礦法。該方案實質為中深孔落礦，將出礦塹溝及鑿巖上山“合二為一”，減少采切工程，同時最大程度上利用現有設備，減少投入成本，在安全的基礎上，盡可能實現高效回采。④方案四，中深孔多電耙出礦采礦法。該方案的實質是在采用沿傾向上山中深孔崩礦的條件下，實現多電耙交替出礦，達到安全、高效開采的目的。各采礦方案技術經濟指標對比見表1。

2 基于未確知測度理論的方案優選

隨著近代數學和計算科學的不斷發展，類似模糊綜合評價、灰色理論和層次分析法、遺傳算法、神經網絡等多目標屬性決策法的現代數學理論在采礦方法的優選中不斷被應用，并取得了良好的效果。但是，采礦方法優選的難點在于諸多評價指標不能定量表示，只能定性表達，從而存在了很強的不確定性和主觀片面性。未確知測度理論在處理采礦方法優選問題時，能夠最大程度減少某些定性表達因素帶來的不確定性和主觀片面性。因此，本文采用未確知測度理論，制定科學合理的評價指標進行采礦方案優選。

2.1 綜合評價指標體系構建

結合金山金礦實際生產要求，并參考國內外礦山開采方案的選擇因素，最終選取9種因素作為評價指標，即礦塊生產能力（X1）、采切比（X2）、采礦損失率（X3）、礦石貧化率（X4）、采礦成本（X5）、管理難易程度（X6）、采準時間（X7）、礦體適應程度（X8）、作業安全性（X9）[4-6]。其中，礦塊生產能力（X1）、采礦損失率（X3）、礦石貧化率（X4）、采切比（X2）、采礦成本（X5）可以通過現場實際標定值進行評價，參考國內的相關研究，其分級標準見表2。

管理難易程度（X6）、采準時間（X7）、礦體適應程度（X8）、作業安全性（X9）等定性指標，需通過邀請相關專家進行打分評估，賦予其模糊定量值，為避免人為等主觀因素的影響，對所得結果進行歸一化處理，賦值情況及分級標準見表3[7-8]。A類指標為：礦塊生產能力（X1）、礦體適應程度（X8）、作業安全性（X9）;B類指標為：采礦損失率（X3）、礦石貧化率（X4）、采切比（X2）、采礦成本（X5）、管理難易程度（X6）、采準時間（X7）。需要注意的是，表2、表3的取值不是絕對取值，盡管其數值可能會影響分級劃分，但并不影響優越度的順序變化，因而不會對最終的優選結果產生影響[9-10]。

2.2 構造單指標測度函數

根據單指標測度函數的定義和表2、表3結果，構建單指標測度函數，以便求得各評價指標的測度值[11]，結果見表4。各評價指標的單指標測度函數分別見圖1～9[12]。

將評價指標的數值代入圖1～9的單指標測度函數中，可得出單指標評價矩陣。上述4個方案的單指標測度矩陣分別見式（1）～（4）。

通過評價矩陣確定各指標權重，方案一的評價指標權重（w1，w2，…，wn）=（0.150 3，0.150 3，0.150 3，0.150 3，0.150 3，0.055 4，0.058 2，0.073 3，0.061 7），根據單指標測度矩陣求得方案一的多指標綜合測度

評價向量為（0.758 9，0.090 9，0.150 3）。同理，方案二、方案三、方案四的評價向量分別為（0.559 1，0.215 6，0.225 4），（0.070 0，0.331 4，0.598 3），（0.067 2，0.553 9，0.378 8）。

2.3 優化結果識別

根據置信度識別準則[13]，取置信度λ=0.6，由求解出的多指標綜合評價向量得出對于方案一，0.758 9>λ=0.6，可知評價結果為1，即屬于Ⅰ級。同理，可計算得出其他方案的評價等級，見表5。因為C1>C2>C3，因此對C1賦值3，C2賦值2，C3賦值1，可求得方案一至方案四的優越度，結果見表5。

綜合未確知測度模型評價結果和礦山實際需求，從表5中可以直觀得出各方案的優越度排序為：方案一>方案二>方案四>方案三，即分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法為最佳采礦方案，其方案設計見圖10。

3 現場應用

選擇在灣家塢礦區-155 m中段至-130 m中段307勘探線—311勘探線進行現場工業試驗，試驗采用分段空段分區下盤拋擲爆破充填采礦法進行回采。從現場應用效果來看，整個試驗進度基本符合預期，采用下盤分區拋擲爆破大幅減少了下盤底板囤礦損失量，采礦損失率大幅降低。雖然該方法爆破成本稍高，但是整體開采回采率大幅提高，噸礦盈利較普通方法高16.7元，經濟效益非?？捎^。此外，其采場的上部分段均采用中深孔落礦技術，通過采取中深孔鑿巖與探礦相結合、擴大切割槽范圍等措施，降低了中深孔爆破中的采礦損失貧化指標，在提高開采效率的同時，還提高了資源回收率，其實際技術經濟指標見表6。

4 結 語

從采礦方法選擇的依據入手，結合金山金礦的礦巖條件和設備情況，考慮緩傾斜中厚礦體的發展趨勢，提出分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法和機械化盤區上向水平分層充填采礦法等4種方案。最終在充分考慮各采礦方案操作難易程度、安全、適用性等9種因素情況下，基于未確知測度理論建立采礦方案優選模型，選擇分段空場分區下盤拋擲爆破充填采礦法作為最佳采礦方案。

相對于經驗法等傳統采礦方案的優選，未確知測度理論減少了主觀因素的影響，合理確定了評價體系中各指標的權重依據，并將定量指標與定性指標相互結合起來，運用變權重的思維使模型的適用性更強。因此，基于未確知測度理論優選的采礦方案不僅為礦山合理高效開采資源提供了一定的依據，而且為其他礦山在進行方案選擇上提供了借鑒思路，具有十分重要的理論和實踐意義。

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Optimization and application of mining scheme in Jinshan

Gold Mine based on unascertained measure theory

Song Hongyuan1，Zhou Le2，Hou Jun2，Zhao Long2，Cheng Wenwen2

（1.Jiangxi Jinshan Mining Co.，Ltd.，China National Gold Group Co.，Ltd.;

2.Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：In view of the problems such as high mining loss rate，poor stope production capacity and poor operation safety when short-hole room-and-pillar mining method and comprehensive mining method are adopted to mine the ore body thicker than 6 m in Jinshan Gold Mine，based on the technical conditions and present situation of the ore body mining in Wanjiawu mining area，four technically feasible and economically reasonable mining schemes are put forward，and the schemes are optimized by unascertained measure theory.The evaluation results of unascertained mea-sure model show that 9 factors including operation difficulty，safety and applicability of each mining scheme are taken into full account before the sublevel open stope and footwall throw blasting filling mining method is determined to be the best mining scheme.

Keywords：unascertained measure theory;mining scheme;sublevel open stope;throw blasting;filling mining method;gently inclined medium-thick ore body

收稿日期：2020-11-28; 修回日期：2021-03-25

作者簡介：宋宏元（1984—），男，吉林東遼人，工程師，從事采礦技術研究與管理工作;江西省德興市花橋鎮，中國黃金集團江西金山礦業有限公司，334213;E-mail：280032908@qq.com