采矿方法的一种系统的选择方法.doc

采矿方法的一种系统的选择方法摘要文中运用系统工程的方法, 通过采矿方法资料收集, 模糊数学采矿方法类型选择, 采矿方法方案设计种非线性规划采矿方法使用范围的研究四步骤进行采矿方法系统的选择, 其定是的结果全面, 科学、准确. 所选择的采矿方法为东坪金矿带来了可观的经济效益。关键询采矿方法、系统工程, 模糊数学、非线性规划1、 前言采矿方法选择是采矿方法研究的最初的最重要的步骤, 正确与否直接影响到矿一山生产的效益和前景。目前在采矿方法选择中, 仍然广泛应用经验类比的方法, 但设计矿山与类似矿山有多大程度的相似性? 选用所谓相似矿山的采矿方法是否是最优的采矿方法? 多种采矿方法比较时各采矿方法之间指标各有优劣时又如何选择? 各种采矿方法方案在什么范围内使用最为合理? 经验类比法只能定性分析, 无法定量回答。而且这种通过几个方案比较选择的采矿方法, 充其量是几个方案中的较优方法, 而不是最优方案。目前出现的其它定量分析方法无法反映采矿方法选择的客观过程, 因而没有得到推广使用。由于采矿工程的复杂性, 最优采矿方法的选择必须应用系统工程的方法, 根据国内外矿山的采矿方法应用情况和设计矿山地质赋存条件, 以及所能达到的技术管理水平进行采矿方法类型优选和具体方案的优选, 最后确定所选择的采矿方法准确的使用范围。其选择步骤为:选胜些皇”显笙剑塑狸选选”趣些邀立生选计今采矿方法方案优选本文论述东坪金矿采矿方法运用模糊数学进行采矿方法类型选择, 运用非线性规划的方法进行采矿方法方案选择的做法。东坪金矿1 号脉平均地质品位为1 2.7 3 9 /t,矿体平均厚度1.57 m, 平均倾角47 , 矿岩硬度系数为1 。矿山生产要求达到的主要技术经济指标为: 矿房生产能力75 t/ d , , 采矿损失率为5 厂, 采矿贫化率为18 %。二、模糊数学方法选择采矿方法类型1. 相似优先比法初选采矿方法首先选取代表八种采矿方法的典型矿山并列出地质和开采技术条件的八个指标见表1 。根据相似优先法计算结果, 各采矿方法序号和分别为:A 一= 2 4 , A : = 2 1, A s = 3 5 ,A 4 一1 4A S 二2 3, A 。一2 3, A , = 3 4, A 。= 1 7 。与东坪金矿条件相似的矿山所对应的采矿方法依次为: 电耙留矿法, 分层充填法; 留矿全面法; 分段空场法; 爆力运矿采矿法; 全面采矿法; 阶段矿房法; 中深孔房柱法。2. 模糊关系方程推测技术经济指标设计矿山的采矿方法技术经济指标可从同类采矿方法的多个类似矿山的统计数据中加权推算y 一艺阴: 为( 1 )式中夕所设计矿山的某项指标;二类似矿山所对应的权重值;阶 类似矿山所对应的指标;权值。的大小在不考虑人为因素时取决于设计矿山的矿体赋存条件与其它对比矿山的相似程度。如: 采场生产能力主要与矿体的走向长度、矿体厚度、矿体倾角有关; 采矿工效、采矿回收率、采矿贫化率、采矿成本主要与矿体厚度、矿体倾角、矿体上下盘围岩的稳固性有关。因此, 可列关系式:式中氏设计矿山矿体赋存条件的隶属度;b ,类似矿山矿体赋存条件的隶属度;二各生产矿山的权值。运用徐罗曹李法解方程( 2 ) 即得权值二。根据初选结果, 各选取四个采用浅孔留矿矿法, 分层充填法和分段空场法的矿山( 见表2 )。据式( 1 ) ( 2 ) 推算东坪金矿采用这三种采矿方法时所能达到的技术经济指标推算结果见表3 。3 .模糊综合决策法终选采矿方式中C 各方案的相对选择率矩阵;二 各指标的权矩阵,R -模糊关系隶属度矩阵。之运用改进的层次分析法( 见图1 ) 一次得到权重值。 改进的层次分析法流程图对于模糊关系隶属度矩阵主要考虑采场生产能力(A ) , 采矿工效(B ) , 采矿损失率(C ) , 采矿贫化率(D ) , 采矿成本(E ) , 以及采矿方法采用后的安全程度(F ) , 施工简单程度( ) , 矿山熟悉程度(H ) , 对各类矿体的适应程度( I ) 等九个因素。对于前五个定量指标(见表3 ) , 由函数法求其隶属度。对于后四个非定量指标, 由二元对比排序法确定。九个因素的隶属度矩阵为即浅孔留矿法的相对选择率为3 5 . 15 多,分层充填法的相对选择率为65 . 85 厂, 分段空场法的相对选择率为54 .07 厂。因此, 东坪金矿应主要采用分层充填法。3、 采矿方法方案设计根据模糊数学的选择结果和东坪金矿现场条件进行了上向水平分层干式充填采矿法方案(见图2 ) 和削壁充填法方案(见图3 ) 的设计。矿山现用的普遍浅孔留矿法方案见图4 。图2 上向水平分层千式充填采矿法方案图1 一充填井, 2 一混凝土隔墙, 3 一块石混凝土底板,4 一矿石底柱, 5一运输平巷, 6 一放矿井, 7一人行井4、 非线性规划方法确定采矿方法使用范围1. 技术经济模型的建立采矿方法方案确定后, 对薄与极薄矿体而言, 回采过程中采幅宽、脉宽与控顶高等参数(称截面参数) 的变化是影响采矿技术经济指标的关键(见图5 ), 因此, 影响采矿方法吨矿利税的主要影响因素为矿体的地质品位、矿体厚度、矿体倾角三个地质因素和控顶高、采幅两个回采基变量以及由此派生出的一次贫化率和采矿成本两个变量。数学表达式为:“ 一L:n(1 一P , ) (1 一PZ ) 一(田J+ 田。+ 二。) 一L:n 二(1 一凡)/ z 。一(田s+ 川。+ 切g ) ( 4 L -黄金售价, L 一3 8.4 元/ g ;“选冶回收率,二0.9 2 1 8 ;n 地质品位, g /t ;P,一次矿石贫化率, 终;凡-一二次矿石贫化率。浅孔留矿法, 凡一3 拓; 削壁充填法, 凡一10 厂;二, 采矿成本, 元/t ;阴c选冶成本,二= 4 6.2 元/ t ;、。企业管理费, 二。一5 元/t ;二矿体厚度,m ;: 。最小采幅宽度。干式充填法: 一1.4 m, 留矿采矿法z 。一1.4 m,削壁充填法二。一0.7 6 3 m。由式( 4 )根据上向水平分层干式充填法,削壁充填法和浅孔留矿法回采过程的特点建立的非线性规划模型分别为:u 。二: 一(3 5.3 9 7 n尤/ Z ) 一以4.6 7 6 s in a / Z )+ 0.5 7 6 s in a + (12.0 6 6/ Z )+ 6 6.4 5 4 u , 1 : 、: 一(3 1.8 5 7 nX/ Z ) 一(4.3 6 s in a / Z , )+ 6 1.1 3 2 + (1 5.5 8 / Z ) + (0.8 9 2 / Z 1.8 镇h 簇2.21.4 ( Z ( 3.20.6 2 一1.6 2 ) 0Z ) h e o s an , Z , , Z ,h, a , X ) 0( 6 )。m a 二二(3 4.3 3 5 nX/ Z 一(7.1 6 7/ Z )+ (0.2 s in a / Z ) + 6 0.2 1 + (8 1 7 5+ 2 1 0 0 0 s in a )/ (2 3 7 2.1 5 2+ 5 2.4 2 2 s in a )1.8 毛h 蕊2.21.4 簇Z ( 3.2(Z 一X )/ Z ) OZ ) h e o s an , Z ,X, a , h) 0( 7 )根据上述关系式, 可得不同矿体厚度, 倾角的结果, 本文主要研究矿体倾角47。时的结果。总利税的表达式为:G 一O (1 一尸, ) : L 。一(。十二。+ 二J)Q (1 一P , )/ (z 一P; )= Q (1 一Pl)/ x(1 一PZ) 。Lh% 一(二j+ 。+ 切, )z 。( 8 )式中尸l 一一一次矿石损失率(留矿法为19 拓;干式充填法为5 厂; 前壁充填法为1 0 终) ;Q 一一矿山总储量, t。2. 最小可采厚度的确定最小可采厚度由无盈亏的采矿税前利润(吨矿利税和总利税) 确定只午1。当u 一0 不日G 一O 时, 由式( 4 ) 和式( 8 )都有:nx 一(叨, 十切。+ 二砂 2 0/ (1 一只) 。L解此方程得三种采矿方法的n. x 值分别为3.O8 mg /t (一上向水平分层干式充填法),2.% mg /t (普通浅孔留矿法). 2.13 mg /t(削壁充填法)。3. 采矿方法合理使用范围的确定由于地质赋予条件的复杂性, 一个矿山甚至一个矿体可以并存几种采矿方法。_主要的采矿方法使用范围应由总利税法确定, 辅助的采。矿方法使用范围可由吨矿利税法确定。( 1 ) 总利税法 上向水平分层干式充填法与削壁充填法比较:由于1 号脉矿体储量Q 35. 2 万t , 据式( 8 ) , 当矿体厚度为0 . 9 m 时, 干式充填法在地质品位为5 9 /t 和15 9 /t 时, 分别比削壁充填法总利税约高1仍万元和190 万元; 当矿体厚度为0 . 8 m 时, 削壁充填法在地质品位为6 9 /t 时比干式充填法总利税约低198 万元和84 万元。由此可见, 矿体厚度小于0 . 8 。. g m 时,采用削壁充填法; 当矿体厚度大于0 . 8 、o . g m时, 则用干式充填法。_巨向水平分层干式充填法与浅孔留矿法比较:当浅孔留矿法与干式充填法总利税相等时, 按式( 8 ) 得: n x = 3. 7 m g / t 。当。二 3 . 7 m g / t 时, 浅孔留矿法总利税大于干式充填法; 反之, 干式充填法总利税较大。由此可知, 普通浅孔留矿法不可能成为东坪金矿1 号脉主要的采矿方法。( 2 ) 口屯矿利税法浅孔留矿法与上向水平分层干式充填法比较:两法吨矿利税相等时, 按式( 4 ) 得: n. x一了. 3m g / t 。从图6 和图了可见, 当n. 二了. 3m g /t 时, 浅孔留矿法比干式充填法吨矿利税为大。显然对于地质品位小于5 9 /t 、厚度小于1 . 46 m 的矿体, 浅孔留矿法比干式充填法吨矿利税高。浅孔留矿法与削壁充填法比较:据图7 , 当矿体地质品位为5 9 /t 、矿休厚度为0 . 7 、o . g m 时, 二者吨矿利税较接近; 当矿体厚度大于o . g m 以上时, 浅孔留矿法比削壁充填法吨矿利税大。依据比较, 考虑到浅孔留矿法采矿工效高, 采场生产能力大, 采场能储备矿石的特点, 在矿体地质品位低于5 9 /t , 厚度为。. 了、1 . 5 m 时, 普通浅孔留矿法仍不失为一种可资利用的采矿方法。4. 小结根据用总利税法和吨矿利税法对采矿方法最小可采厚度和合理使用境界的分析, 在技术上可行的前提下, 东坪金矿采矿方法的使用范围为:( 1 ) _ 上向水平分层干式充填法一般用于地质品位大于5g /t、厚度大于0.8 。.g m 的矿体。(2 ) 削壁充填法一般用于地质品位大于6 9 /t, 厚度为0.8 o.g m, n 二值为2.13 mg /t的矿体。(3 ) 普通浅孔留