某钨矿急倾斜薄矿体采矿方法优选

吴礼军 韩晓亮 刘白璞

（1.中国爆破行业协会，北京100070；2.浙江省高能爆破工程有限公司，浙江杭州310012；3.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000）

当前，我国大力倡导建设资源节约型、环境友好型绿色矿山，提高矿山生产效率、降低开采成本已经成为矿山企业面临的重要任务。采用合理的采矿方法对于提高矿石回收率、降低开采成本具有至关重要的意义［1-3］。本研究针对某钨矿急倾斜矿体开采难度大、开采成本高等问题，采用层次分析法对采矿方法进行优选。

1 矿山概况

某钨矿区属中低山区地貌，山脊多呈SE或NE向延伸，坡度为25°～40°，海拔280.05～768.84 m。矿床为石英脉型矿床，矿脉为急倾斜薄矿脉，平均倾角为80°，含矿石英脉呈近EW走向，矿带高为50 m，长度为1 600 m，宽度为80～120 m，平均厚度为5 m，变化幅度较小。

2 采矿方法初选

通过查阅《现代采矿手册》［4］并参考类似矿山生产经验，总结了适用于急倾斜矿体的采矿方法，结果如表1所示［5］。

根据该矿山实际地质情况并通过查阅相关资料分析得出：适用于5 m厚急倾斜矿体的采矿方法为浅孔留矿法、无底柱分段崩落法及上向水平分层充填法［6］。

（1）浅孔留矿法。矿块沿走向布置，长度为50 m，顶柱厚度为3 m，底柱高度为6 m，间柱宽度为6 m，同层中的矿房每间隔5 m布置漏斗。采用拉底巷道作为拉底空间，用作矿体回采时的工作面，拉底高度为2～2.5 m，宽度为矿体厚度；当开采极薄矿脉时，其宽度应不小于1.2 m，以确保放矿顺利进行。采用凿岩机凿岩，上向炮孔自下而上分层爆破，每次爆破后，通过天井进入新鲜空气至工作面，继而将污浊空气排至上部回风巷道。放矿时采用矿石自重溜矿，每次放出爆碎矿石的2/3，确保留矿堆上凿岩空间高度保持在2 m左右。

（2）无底柱分段崩落法。矿块沿走向布置，分段高度为10 m，间距为8 m，分段下部无底柱结构。溜井之间距离为100 m，溜井断面规格为3 m×3 m（长×宽），从斜坡道掘进溜井和分段联络平巷。利用凿岩机钻深孔，而后进行爆破作业，爆破完成后，通过相关通道引入新鲜空气至采场，将爆破产生的炮烟排出。使用铲运机将爆碎的矿石运送至溜井，利用放矿设备将矿石输送至选矿厂。

（3）上向水平分层充填法。采场沿走向布置，长50 m，间柱宽度为6 m，不留底柱。同分层开挖，阶段高度为9 m，矿房高15 m，矿柱高10 m，常用控顶高度为2～5 m。下盘脉外采准，交界处布置1条穿脉至上盘，上下阶段的穿脉通过布置于沿穿脉倾向上盘的脉内充填回风井连通，毗邻的阶段则通过斜坡道连接。采用凿岩机钻深孔进行爆破作业，再通过相关通道将新鲜空气引入采场，由此将爆破作业产生的炮烟等污风排出采场工作面。采用铲运机运送矿石，完全采出矿石后，再利用充填体（通过一定配比形成）通过充填软管对采区进行充填。

通过查阅类似矿山生产资料和《现代采矿手册》［4］，上述3种采矿方法的相关技术经济指标统计如表2所示。

分析表2可知：浅孔留矿法和无底柱分段崩落法的生产能力较高（分别为345 t/d，300 t/d）、成本较低（分别为50.49元/t，37.67元/t），但上向水平分层充填法的贫化率最低，为3.54%。本研究采用层次分析法对上述采矿方法进行进一步分析和比较。

3 采矿方法综合评价体系构建

层次分析法通过定量与定性相结合的方式，用数值差异表达判断结果，可解决采矿方法优选问题［7-10］。本研究层次结构模型构建如图1所示。

3.1 构造判断矩阵

矩阵元素用数值差异反映重要度，如表3所示。

本研究构建的判断矩阵为

3.2 层次单排序及其一致性检验

单排序由判断矩阵的特征向量表示［11-13］，可表示为

式中，CI为一致性指标；λmax为矩阵A的最大特征值；n为矩阵A的阶数。

CR值的计算公式为

式中，CI为一致性指标；RI为随机一致性指标，根据表4取值。

3.3 隶属度矩阵建立

影响因素分为定量指标和非定量指标，为方便比较需要进行无量纲化处理。

（1）定量指标。分为收益类定量指标和消耗类定量指标，前者通过式（4）建立隶属度函数，后者通过式（5）建立隶属度函数。

式中，aij为方案 j的指标；aijmin为指标最小值；aijmax为指标最大值。

（2）非定量指标。非定量指标通过对重要程度划分等级同时赋予对应数量值的方式建立判断矩阵，采用二元比较法，设需要进行重要性比较的目标因素集，X={X1，X2，X3，...Xm}，而后进行比较，若Xk比Xl重要，令ekl=1，elk=0；若Xk与Xl同样重要，令ekl=1/2，elk=1/2（k，l=1，2，…，m），由此可得具体数值及隶属度取值，分别如表5、表6所示。

3.4 综合评分

方案总分可通过下式进行计算，

4 工程应用

本研究通过对技术、安全、经济等因素进行综合比较，优选采矿方案。其中，技术因素包括采切比、适应性、管理难度和生产能力；安全因素包括通风条件和采场稳定情况；经济因素包括采矿成本、回采率和贫化率（图2）。结合矿山生产实际，各因素总结形成备选方案综合评价见表7。

4.1 层次分析法确定指标权重

通过查阅相关资料，相关矩阵如表8至表11所示，综合权重表如表12所示。

根据式（1）～式（3）计算得出，CR=0，满足条件，当CR＜0.1时，矩阵可信。

同理计算可得，CR=0.02，满足条件。

同理计算可得，CR=0，满足条件。

同理计算可得，CR=0，满足条件。

由表12可以得出权重向量W

4.2 建立隶属度矩阵

根据式（4）、式（5）计算得到的5个定量指标的隶属度矩阵R′为

4.3 综合得分比较

根据式（6）得出B=WR=[0 .836,0.638,0.825]，可见，浅孔留矿法得分为0.836，无底柱分段崩落法得分为0.638，上向水平分层充填法得分为0.825。因此，浅孔留矿法得分最高，故可以认为该方法最优。

5 结语

在综合分析某钨矿地质与生产资料的基础上，结合类似矿山生产经验，通过层次分析法确定了浅孔留矿法为该矿急倾斜薄矿体的最佳采矿方法。该方法在实践中使得矿石年产量提高了12万t，每年可节约成本近400万元，经济效益显著，对于类似矿山急倾斜矿体安全高效开采有一定的参考价值。