KLEE法對某急傾斜薄鎢礦脈開采方法的選擇研究

〔摘 要〕為了優化某個急傾斜薄礦脈鎢礦山的采礦方法，采用KLEE法對其采礦方法的選擇進行了研究。通過查閱資料，結合類似礦山的采礦經驗，完成了采礦方法的初選，然后利用KLEE法把定性分析轉化為定量計算，得出各評價指標的重要度wi，最終確定出各個采礦方法的最終得分，分值最高的采礦方法即該礦山最合適的采礦方法。經過計算確認，得出上向水平分層采礦法為該礦最合適采礦方法，與傳統的采礦方法選擇結果一致。

〔關鍵詞〕急傾斜；薄礦體；采礦方法；KLEE法

中圖分類號：TD853" " 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2023）02-0007-03

Abstract" In order to optimize the mining methods for a tungsten mine with steeply-dip thin vein， the paper makes a study of the selection of the mining methods by using KLEE. By consulting information and mining experience in similar mines， the paper conducts the preliminary selection of mining methods. KLEE is used to convert qualitative analysis into quantitative calculation， which obtains the importance wi of the assessment indicators， and finally determines the final scores of the mining methods. The mining method with the highest score is the most suitable mining method for the mine. After calculation and confirmation， it is concluded that the upward horizontal slice mining method is the most suitable mining method for the mine， which is consistent with the result of traditional mining methods selection.

Keywords" steeply-dip; thin ore body; mining method; KLEE

0 引言

當前，倡導建設資源節約型、環境友好型綠色礦山是我國資源發展的長期國策，降低開采成本已經成為礦山企業面臨的重要任務。盡快確定合理的采礦方法對提高礦石回收率、降低開采成本具有至關重要的意義[1-3]。KLEE法作為層次分析法的一種，在方案選擇方面有較廣泛的應用，本文針對某礦山鎢礦脈礦開采難度大、開采成本高等問題，采用KLEE分析法對采礦方法進行優選，從定量分析角度提供了一種新的分析視角。

1" "礦床地質及開采技術條件

1.1" 礦體特征

該礦區范圍內有多條礦脈，其礦床主要特征為埋藏較深、厚度薄、傾角大。其中主要有兩條礦脈規模最大、品位較穩定、礦化連續性好，最具有代表性。20號的礦脈走向為290 °～310 °，傾向北東，傾角為75 °～85 °；走向長度為850 m，傾向延深為460 m，厚度為2.8～6.6 m，平均厚度為4.8 m，脈幅明顯為中部大，上下部較小；21號的礦脈與之類似傾角為71 °～81 °，厚度為1.6～3.0 m，平均厚度為1.2 m。總體來說，礦體傾角為70 °～80 °，延深為800～850 m，平均厚度為4.2 m，最大厚度為20 m。

1.1.1" 礦脈圍巖工程地質條件

采礦方法的選擇不僅與礦體特征有關，還受礦體以及圍巖地質條件的影響。該礦山屬于急傾斜、極薄礦體，本區鎢礦層為含鎢石英脈，其余主要為變質砂巖。鎢礦賦存于石英脈中，其圍巖主要為變質砂巖，其次為閃長巖；礦層及圍巖堅硬，結構致密，抗壓抗剪強度大，屬于Ⅰ類極堅硬的優質巖石。該礦山礦體與圍巖界線清晰，圍巖較堅硬，穩定性較好。礦區處于地下水位線以上，水系不發育，對地表是否允許塌陷沒有強制要求。

1.1.2" 開采急傾斜極薄礦脈時存在的問題

不同礦山的生產要求不同，即使在礦體條件類似時，也可能選用不同的采礦方法。開采急傾斜的薄礦體可能存在如下問題[4]：1）采礦方法的選擇難度大，因需考慮更多因素，比如礦體賦存條件、采礦成本、開采安全性、圍巖條件、地表是否允許崩落等。2）礦石貧化率高、損失率高。為了滿足作業空間，增加了廢石的開采量，貧化率升高。3）采場的生產能力低，作業空間小，所采用的機械設備受限，導致生產能力低。因此，礦山年產量較大不易完成任務。4）因機械設備受限，無法進行機械化生產，致使工作人員勞動強度大、效率低。

2" "采礦方法研究

2.1" 采礦方法初選

針對急傾斜的極薄礦體，初步選擇3個采礦方法：淺孔留礦法、無底柱分段崩落法、上向水平分層充填法[5-6]。

淺孔留礦法（方案一），是工人在采下的礦石上直接操作設備進行作業，需要由下向上的分層回采。每次采下的礦石大約放礦三分之一，其余的作為工人站立的地板而留于礦房中。當所有礦石均采完時，再進行大量的放礦。留礦采礦法的階段高度一般設置為30～50 m，礦塊的長度需要考慮礦石已經圍巖的穩固性，通常設置為40～60 m。采用淺孔留礦法一般爆破較均勻，不需要二次破碎，即使存在少量的大塊，也可以在采場解決。一般采用鑿巖機進行鑿巖，由下向上，每次爆破后，新鮮風流由天井進入，流經工作面排除污濁空氣，并由上部回風巷道排除。放礦后要保持上部的鑿巖空間高度2 m左右[7]。

無底柱分段崩落法（方案二），常用于金屬礦山。該方法不設專用的出礦巷道所構成的底部機構。分段鑿巖、分段爆破與出礦，這些工作均在回采巷道內進行。對于其他的采礦方法，無底柱分段崩落法有較簡單的采場結構，可以增大采切比，投入低且方便管理。礦塊沿走向布置，分段高度一般為10～30 m。各個分段自上向下進行回采，回采的礦床經小溜井溜至階段運輸平巷。該方法需要設置的主要巷道有設備井、設備井聯絡道、礦山溜井、通風行人天井、分段運輸平巷、回采巷道、分段切割平巷以及切割天井。爆破落礦一般采用扇形中深孔爆破，用鑿巖臺車進行鑿巖工作[8]。

上向水平分層充填法（方案三），礦塊沿走向布置，長度一般為30～60 m，甚至可達到100 m。間柱的寬度與圍巖和礦石的穩固性條件有關，受間柱回采方法的影響，約為6～8 m。通常需要留底柱與頂柱，頂底柱為4～5 m。為了減少礦石的損失與貧化，一般采用混凝土假巷代替礦柱。需要開采的巷道一般為人行濾水天井、放礦溜井、人行濾水通道穿脈巷道等。每個礦房中至少有２個溜井，即人行天井和充填井。溜井用混凝土澆灌，內徑約1.5 m，壁厚為300 mm。人行濾水井預用鋼筋混凝土構件砌筑，或澆灌混凝土。充填天井斷面為2.0 m×2.4 m，內設充填管道與人行梯子間，可作為礦房的安全出口。可以采用鑿巖機鉆深孔進行爆破作業，然后采用電耙運送礦石。完全采出礦石后，再利用充填體，通過充填軟管對采區進行充填。

2.2" 初選方案比較

2.2.1" 評價指標及數據

針對該鎢礦山的具體情況，初選3種采礦方案，通過對各方案的指標進行對比，以確定最優方案。對比的指標主要有生產能力、貧化率、采切比、回采率、采礦成本，對比結果如表1所列[9]。

通過表1中數據選擇合適的采礦方法，不同的礦山對上述指標的側重點不同，并非所有急傾斜極薄礦體都適用于同一種方法，因此，有必要針對該礦山相關指標的重要度進行分析。

2.2.2" 評價指標說明

1）生產能力。根據礦山實際情況，確定年生產能力為200 kt，一年按330 d計算，每天需生產約610 t。這一指標對于類似礦山很容易實現。即使采用日產量最小的上向水平分層充填法，單礦塊每天也能生產62 t，同時開采10個礦塊即可完成指標。因此，生產能力對于采礦方法的選擇影響較小。

2）貧化率。該礦體為礦脈型，屬于薄礦脈，故無法避免存在一定的廢石混入。在開采過程中，由于具體的礦體厚度的波動、機械設備操作的誤差等，總會使貧化率增大。因此，貧化率是采礦方法選擇的依據，但是所占比重較小。

３）采切比。采切比是采準工程量和切割工程量的比值，可以反映出礦山的綜合條件。采切比是所有的地下礦山開采時都會考慮的一種指標，對于地下礦山采礦方法的選擇較為重要。

４）回采率。回采率是實際開采礦石量與設計開采礦石量的比值，是評價一種采礦方法所必不可少的重要指標。該礦體是極薄的礦脈，且埋藏較深，鎢礦又是一種重要的稀有資源，因此回采率對于該礦山比較重要。

５）采礦成本。采礦成本是每個礦山都要考慮的必要指標，它直接決定了盈利的多少。本礦山是典型的小型礦山，因此采礦成本尤其重要。

基于上述分析，該礦山5項指標的重要度排序為采礦成本gt;回采率gt;采切比gt;貧化率gt;生產能力。

3" "KLEE法在采礦方法選擇中的應用

為了建立更加完善的采礦方法選擇體系，采用KLEE法計算評判指標的權重，通過定量計算分析各方案的最終得分[10]。

3.1" 確定評價指標的權重

確定評價指標的權重步驟如下：1）把評價指標按照任意的順序排列起來。2）從下至上對相鄰的評價指標進行評價，以下面的指標為基準，得出上面的指標對于下面的指標的重要度比值，記為ri。根據以上分析，結合多人意見得出ri的值。3）把ki列最下面的一個參數“年產量”數值設置為1，再進行基準化計算，從下向上依次乘以ri，得出ki的值。4）把ki歸一化得權重wi[11]。按照以上步驟得出評價指標見表2。

3.2" 對代替方案進行評價

采用與上述方式類似的方法，利用原始的數據，計算各方案對于各項指標的得分。值得注意的是，對于采礦成本與貧化率這種負相關的指標，ri的分子與分母需要倒置計算。各初選方案的評價指標對比見表3，其中sij為ki在各個評價指標下歸一化后的權重。

3.3" 綜合評價得分

綜合得分計算公式，如式（1）：

按式（1）計算，得出3種采礦法評價指標各項綜合得分見表4。

由此可見，3種采礦方法方案中，上向水平分層充填法的Vi值最高是0.354，雖然與無底柱分段崩落法只存在細微的差別，但上向水平分層充填法更勝一籌，雖然其采礦成本相對較大，但是采切比與貧化率均遠大于其他采礦方法，且年產量較低的弱點在該礦山不明顯[12]。這時其較大的采切比與較低的貧化率的優勢便顯現出來。同時進行充填，以防止后期的地表塌陷，有利于保護環境。

4" "結語

結合該礦山的生產經驗，通過KLEE分析法確定了上向水平分層充填法為該礦急傾斜薄礦體的最合適采礦方法，說明了通過KLEE法在解決金屬礦山采礦方法選擇方面的可行性，且提出了定量的解決方案，為下一步進行計算機的自動演算提供了基礎，同時也為類似項目提供參考。但是該方法對參數選擇要求較高，計算量比較大，沒有傳統定性的采礦方法容易。

參考文獻

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基金項目：江西省自然科學基金資助項目（20202BABL214021）；江西省教育廳科學技術研究資助項目（GJJ200719）

作者簡介：田昌進（1982—），男，講師，主要從事采礦方法、采礦數字模型教學科研工作。