丰山铜矿北缘采矿方法优化比较

高 进

(大冶有色金属股份有限公司丰山铜矿， 湖北阳新县 435232)

丰山铜矿北缘采矿方法优化比较

高 进

(大冶有色金属股份有限公司丰山铜矿， 湖北阳新县 435232)

丰山铜矿北缘采用的壁柱式上向水平分层尾砂充填法是在当时铜价格不到2万元/t情况下，主要从提高生产能力考虑而设计采用的。目前铜价格基本稳定在6万元/t以上，显然原设计已很不合理，通过分析对比点柱式上向分层充填、壁柱式上向水平分层尾砂充填、上向水平分层进路充填的各项技术经济以及模糊数学方法综合评价结果，得出了使用上向水平分层进路充填法在北缘矿体更优化的结论。

采矿方法选择;模糊数学方法;丰山铜矿

0 前言

丰山铜矿位于湖北省阳新县富池镇，是一座开采了近30年的中型老矿山。丰山铜矿井下开采分为南、北缘矿带两个部分。北缘原设计为上向水平分层尾砂和胶结充填法，即矿柱胶结充填、矿房尾砂充填的两步骤回采方法，由于该采矿方法工艺复杂、矿块生产能力低、成本高等原因，1985年改为上向水平分层点(条)柱尾砂充填法，该法因矿石损失较大，安全性较差，2003年已在北缘－150 m中段试验采用壁柱式上向分段尾砂充填法。北缘生产能力初期为500 t/d，目前已基本达到900～1000 t/d。

由于目前丰山铜矿北缘所采用的壁柱式尾砂上向分段充填采矿方法存在工艺复杂、矿块生产能力低、成本高、矿石贫化损失大，安全性较差等问题。为确保矿山生产稳定、持续发展必须对丰山铜矿深部回采和充填的工艺进行优化，确定合理的工艺参数和主要技术经济指标，为生产管理提供依据。

1 开采技术条件

北缘主矿体为501号矿体，呈似层状、透镜状分布于7～21线，其中11～13线间矿体连续性较差。矿体走向7～16线300°左右，17～19线转为225°，19～21线为东西向，矿体倾向从东往西由南西转向南东，再转为南。倾角变化大，一般在55°～75°之间。矿体出露起伏变化大，位于+65～－400 m标高。矿体厚度变化大，沿走向、倾向均具有胀缩现象，最厚达50 m，一般厚度在6～15 m之间。矿体的形态、产状严格受接触带形态、产状的控制。矿体主要由矽卡岩型矿石组成，部分地段由大理岩型矿石和少量的花岗闪长斑岩型、角砾岩型矿石组成。矿体平均品位0.84%，沿矿体走向－7～8线、14～－14线、17～－17线铜品位较高，其它地段铜品位偏低;矿石类型中，以矽卡岩中铜品位较高，大理岩型、花岗闪长斑岩型、角砾岩型矿石中铜品位较低，总之，501号矿体强化强度偏弱。上盘围岩为花岗闪长斑岩，下盘围岩为大理岩。

概括起来，丰山铜矿北缘矿床矿体的赋存状态和开采技术条件具有以下特点:

(1)倾角较大，矿体倾角一般为65°及以上;

(2)厚度中厚，矿体厚度平均为15 m左右;

(3)矿体底板稳固，但顶板围岩较破碎，不稳固;

(4)矿体中稳至不稳固;

(5)矿体连续性较好;

(6)地表不允许崩落，地下采空区必须充填处理。

2 北缘采矿方法选择

根据丰山铜矿矿体赋存条件，对优化选择的采矿方法进行典型方案设计。典型矿块参数确定为:矿体平均倾角65°，矿体平均厚度15 m(对应水平厚度约16.55 m)，中段高度60 m。

(1)方案Ⅰ，点柱式上向分层充填采矿法。先将矿块划分成若干采场，在有两帮围岩及点柱支撑的矿石顶板下，以充填体作为工作底板，上向分层逐层回采、充填作业，崩落矿石采用小型铲运机铲运至采场溜井，典型方案见图1。

图1 点柱式上向水平分层充填采矿法典型方案

(2)方案Ⅱ，壁柱式上向水平分层尾砂充填采矿法。将矿块划分成采场，上向分层逐层回采、充填，以充填体作为下分层作业的工作底板，崩落矿石采用小型铲运机铲运至采场溜井。先回采矿房，矿房与矿房之间留有条形矿柱。在矿体上盘围岩不稳固段留1 m的连续护壁柱保护上盘围岩，矿房回采结束后，在矿体稳固的情况下将条形矿柱进行部分回收，形成点柱，整个采场回采结束后进行充填。典型方案见图2。

图2 壁柱式上向水平分层充填采矿法典型方案

(3)方案Ⅲ，上向水平分层进路充填采矿法。将矿块划分成采场，对整个采场而言，每分层划分成若干进路，以进路为单元，各进路间隔回采、充填，并以分层方式由下向上逐层回采。一期进路隔一采一，二期进路充二采一，待一期进路充填养护足够时间之后，再回采二期进路。整个分层各采场进路回采充填完后，再回采上分层进路。由于每条进路回采后，都及时进行了充填，有效地控制了顶板暴露面积与暴露时间。典型方案如图3所示。

图3 上向水平分层进路充填采矿法典型方案

3 技术经济分析

根据丰山铜矿北缘矿体开采技术条件及工程现状，对方案Ⅰ、方案Ⅱ和方案Ⅲ进行技术经济分析和优缺点比较，见表1和表2。

表1 北缘各采矿方法方案技术经济比较

表2 北缘各采矿方法方案优缺点比较

4 采矿方法最优方案的确定

参照有关文献，建立模糊数学模型。影响采矿方法选择的因素很多，根据丰山铜矿的具体情况，采矿方法选择主要考虑以下几个因素:安全因素(B1)、经济因素(B2)、资源因素(B3)、效率因素(B4)，各层次诸因素间的关系如图4所示。

图4 采矿方法选择影响因素的层次结构

各分指标(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)对总目标A的权重分配值可由表3计算求得。

由表3 可知，W=(0.15，0.11，0.12，0.11，0.140.14，0.11，0.12)。

由初选结果可知，决策论域{方案Ⅰ，方案Ⅱ，方案Ⅲ}，影响采矿方法选择的主要因素集合为V={顶板安全C1，通风条件 C2，采矿成本 C3，采切比C4，损失率C5，贫化率 C6，采矿工效 C7，生产能力C8}。上述各因素中定量指标参考本矿和国内外类似矿山选取，定性指标则由专家按最差、差、较差、中等、较好、好、最好7个标准进行评比，各因素的权重值见表3，各方案的主要因素评价见表4。

表3 因素权重W值计算

表4 各方案主要因素评价

评价指标值单位不同，为具有可比性，首先需要无量纲化，之后可构成一个评价矩阵R，其中对定量指标rij由下式确定:

当fj为负指标时

当fj为正指标时

式中:fjmax——j因素指标的最大值;

fjmin——j因素指标的最小值;

d——极差值，d=fjmax－fjmin;

fij——Ⅰ方案j因素的指标值。

对其余定性指标采用等级评定法，按如下7级赋值标准给出评定值:最差(0～0.05)，差(0.05～0.20)，较差(0.20～0.35)，中等(0.35～0.50)，较好(0.50～0.65)，好(0.65～0.80)，最好(0.80～0.95)。

由此得评价模糊矩阵R为:

运用加权平均模型M(·，⊕)对各方案进行评价，计算结果为:

方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的特征值分别为0.694，0.668，0.777，根据最大隶属度原则，采用模糊数学方法对各方案的优缺点、技术经济、安全性等方面进行综合评价，各方案从优到劣基本排序可列为:方案Ⅲ、方案Ⅰ、方案Ⅱ。

5 结论

根据北缘矿体开采技术条件和开采现状及国内外矿山，初选了点柱式上向水平分层充填采矿法、壁柱式上向水平分层全尾砂充填采矿法、上向水平分层进路充填采矿法等采矿方法，通过对各方法的方案设计、优缺点分析，技术经济比较以及模糊数学方法综合评价得出:

(1)点柱式上向水平分层充填采矿法与壁柱式上向水平分层进路充填采矿法的充填及回采工艺相对简单，但这两种方案均需留取点柱或条形壁柱减少顶板或上盘围岩暴露面积，以保证人员及设备作业安全，两种方法均存在点柱或壁柱矿石损失大，护顶工作困难等缺点;

(2)上向水平分层进路充填采矿法不需留点柱或条形矿柱，能有效控制上盘围岩暴露面积，矿石回采损失率和贫化率低，资源回收率高;回采对矿体边界适应性好，但采矿成本方面稍高于点柱式上向水平分层充填采矿法和壁柱式上向水平分层进路充填采矿法;

(3)通过对3种方案采用模糊数学方法综合评价得出上向水平分层进路充填采矿法为北缘开采最优采矿方法，点柱式上向水平分层尾砂充填采矿法次之。

［1］ 史太禄，任凤玉，等.模糊数学在采矿方法优选中的应用［J］.金属矿山，2007，(11):29－31.

［2］ 肖木恩.模糊数学在采矿方法选择中的应用［J］.矿业研究与开发，2003，23(1):15－17.

［3］ 《采矿手册》编辑委员会.采矿设计手册(第4卷)［M］.北京:冶金工业出版社，2006.

［4］ 王 青.采矿学［M］.北京:冶金工业出版社，2003.

2011－07－13)

高 进(1976－)，男，湖北汉阳人，助理工程师，主要从事于矿山采矿生产及技术管理。