丰山铜矿南缘采矿方法优选与应用

0　引言

不同矿山根据自身的矿产资源情况、矿体赋存条件、采矿工艺技术与采矿设备发展情况，在长期生产实践中，会形成各自的采矿方法及其回采工艺特征。丰山铜矿南缘矿带采用过的采矿方法有无底柱分段崩落法[1]、上向分段碎石胶结充填法[2]，部分矿块还采用过上盘分段碎石胶结充填法，无论哪种采矿方法，其优缺点并存。同一中段，多种采矿方法同时采用，但回采工艺又不相同，以至于采矿作业流程复杂，相互间影响、干扰，给生产组织带来困难，生产安全更难以得到保障。随着矿山开采深度的延深，这种状况日益突出，因此有必要选择出一种最适合南缘矿带矿体开采条件的、满足目前采掘设备要求的采矿方法，来统一规划-320 m中段以及深部矿体的采切工程，使采矿作业流程统一化、简单化，工人易掌握，管理也较方便。

对工程进行施工以前，需要对资金担保制度加以落实，在针对工程展开招标活动时，政府部门应该要求投标单位对工程质量保证金加以交付，以此来保证工程的质量和安全，在施工单位对工程质量标准加以承诺以后，相关安全管理部门需要对整个规划建设活动的过程进行跟踪检查，确保工程质量能够达到施工单位承诺的标准，对于能够达到工程质量标准的单位，监管部门应将质量保证金无条件退还，而对于质量检验未能达到要求的，则要按照规定对质量保证金加以扣留，甚至追究其责任。

1　开采技术条件

丰山铜矿床属中偏高温热液接触交代矽卡岩型铜钼矿床，矿体沿花岗闪长斑岩体与嘉陵江组灰岩接触蚀变带呈环带状分布，形成南缘和北缘两个矿带。南缘矿带目前开采的矿体有1、4、6、7号矿体。在-320 m中段，矿体分布于10至16线之间。1号矿体位于南缘接触带外侧，4号矿体为1号矿体分枝；6号矿体处于1号矿体下盘，上盘距1号矿体约20 m；7号矿体处于4号矿体下盘，其上盘距4号矿体约8～15 m。各矿体受北西西向线性构造控制在平面上相互平行；在空间上，矿体受层间构造控制呈迭瓦状排列。各矿体走向约300°，倾向南西，倾角一般为55°～65°，厚度10～25 m。-320 m段开拓矿量96.3万t，铜金属量8 528t，铜平均品位0.886%。

矿体矿石类型主要为矽卡岩型铜矿石，节理裂隙不甚发育，块状结构、坚硬较稳固，岩石普氏系数f=8～10；11线以东含矿岩石为角砾岩时，矿石强度降低，易破碎。矿体上盘为大理岩，块状碎裂结构，中等稳固，岩石普氏系数f=6～8。矿体下盘为花岗闪长斑岩，节理、裂隙发育程度不高，整体性较好，稳定性从局部不稳固到中等稳固，岩石普氏系数f= 4～6。

本文经过项目部项目经理、总工、技术员、安全监理等人，对安全风险因素进行了打分，共有50份打分表，然后对这些基础数据进行离散化处理并形成基于粗糙集理论的决策表，然后将处理后的数据输入ROSETTA软件，最后利用Johnson’s algorithm算法对造价风险评价指标进行筛选与约简，从而得到优化之后的指标，最终形成34组有效数据.本文以W6盖梁施工作业单元的人员因素风险为例，运用粗糙集理论确定各风险因素的权重.

2　采矿方法优选

2.1　采矿方法初选

根据南缘矿带矿体赋存条件以及矿石、围岩的稳固性，考虑到现有各采矿方法的工艺流程较为成熟，技术人员、作业人员对各工艺流程的熟练度也较高，初步拟定3种采矿方法：无底柱分段崩落法，上向分段碎石胶结充填法以及上盘分段碎石胶结充填法。北缘矿带采用的是水平分层尾砂胶结充填法，产能较小，从产能方面综合考虑，南缘矿带不采用分层充填法方案。

一般采矿方法的选择有综合分析比较法、经验类比法[3]，这些方法人为主观因素影响较多，难以科学的选择出最优采矿方法。近年来，许多采矿专家和学者成功的将应用数学引入到采矿领域，尤其是在采矿方法选择上，利用应用数学客观的对各种采矿方案进行综合评判和选择的成功例子更多，这里运用突变理论[4]对上述几种采矿方法进行进一步的综合评价优选。

2.2　影响采矿方法选择的主要因素

表1中，各采矿方法主要因素指标的计量单位和量级不同而无法直接进行评价，因此对各主要因素指标原始数值进行无量纲化处理。其中：C1、C2、C7、C8为越大越好指标, 引入公式:λ= X/ Xmax ;其中 Xmax为同一指标列最大；C3、C4、C5、C6为越小越好指标，引入公式:λ= Xmin/ X ,其中Xmin为同一指标列最小值；X均为实值，λ为模糊隶属函数值，计算结果见表2。

2.3　采矿方法突变评价指标体系构建

根据影响采矿方法选择的基本因素、主要因素及其层次关系，构建采矿方法突变评价指标体系见图1。

  

图1　采矿方法突变评价指标体系

移取100 μg碲标准溶液于25 mL比色管中，以水为参比，按实验方法1.2进行试验，在24 h内，分别测定吸光度，试验结果表明，黄色溴化碲十分稳定，24 h内，吸光度值保持不变。

结充填法(方法Ⅱ)、上盘分段碎石胶结充填法(方法Ⅲ)对应的实际均值选取。C1、C2属定性指标，由专家按最差、差、较差、中等、较好、好、最好对应图2七级赋值标准进行评判,得到各采矿方法评价主要因素指标见表1。

  

图2　定性指标赋值标准

2.4　采矿方法优选模糊隶属函数值

采矿方法必须满足安全、经济、充分利用矿产资源和高效的基本要求[3]。实际工作中，相同地质条件的前提下，影响采矿方法选择的基本因素有：(1)安全因素B1,包括顶板安全C1、通风条件C2等主要因素；(2)经济因素B2，包括采矿成本C3、采切比C4、损失率C5、贫化率C6等主要因素；(3)资源因素B3，包括损失率C5、贫化率C6等主要因素；⑷效率因素B4，包括采矿工效C7、生产能力C8等主要因素。

该类油层为油斑灰质粉砂岩。测井响应特征表现为：自然电位负异常小，自然伽马低值，微电极中高值正差异或无差异，受岩性影响明显，三孔隙度曲线显示储层含有灰质成分，在标准刻度下重合性相对较差，随砂质含量增加三孔隙度重合性逐渐变好，声波时差为250～270μs／m，电阻率相对较高，一般大于3Ω·m，测井曲线间相关性较好。该类油层多分布在纯下亚段砂组中。

 

表1　各采矿方法评价主要因素指标表

  

采矿方法安全因数B1经济因素B2资源因数B3效率因数B4顶板安全C1通风条件C2采矿成本C3(元/t)采切比C4(m/kt)损失率C5(%)贫化率C6(%)损失率C5(%)贫化率C6(%)采矿工效C7(t/工班)生产能力C8(t/d)Ⅰ0.350.579.8912.1726.824.5826.824.5817.95380Ⅱ0.650.592.3513.4613.9516.4513.9516.4512.61275Ⅲ0.50.6596.4515.5512.6518.3612.6518.3610.34230

 

表2　评价采矿方法主要因素指标的模糊隶属函数值

  

采矿方法B1B2B3B4C1C2C3C4C5C6C5C6C7C8Ⅰ0.5380.7691.0001.0000.4720.6690.4720.6691.0001.000Ⅱ1.0000.7690.8650.9040.9071.0000.9071.0000.7030.724Ⅲ0.7691.0000.8280.7831.0000.8961.0000.8960.5760.605

2.5　采矿方法优选归一计算及评价

尖点突变归一公式: Xa = a1/2, Xb = b1/3

运用突变理论进行综合评价时，突变评价指标体系中最普通突变类型的有3个，即尖点突变；燕尾突变；蝴蝶突变。一个指标仅分解为两个子指标，为尖点突变；若一个指标可分解为三个子指标，则为燕尾突变；若一个指标能分解为四个子指标，可视为蝴蝶突变。各突变类型归一公式如下：

(1)

燕尾突变归一公式: Xa = a1/2, Xb = b1/3, Xc = c1/4

(2)

蝴蝶突变归一公式: Xa = a1/2, Xb = b1/3, Xc = c1/4, Xd = d1/5

(3)

其中：X为状态变量， a、b、c、d为控制变量。

使用归一公式对同一对象各个控制变量计算出的对应的X值遵循"大中取小"原则，但各控制变量之间存在明显的互相关联作用时 ,则遵循“互补”的原则，取其平均数。在对象的最后比较时采用"小中取大"原则，总评价指标得分最大的也即最优[5～7]。

按照上述方法，对表2中的指标分别用各突变类型的归一公式并进行模糊综合评价，逐步向上，直至得到最高层评价。计算过程如下:

1.从经济视角上看，区块链是共享经济的价值互联网。例如，邵奇峰等学者指出，区块链在互不了解的交易双方间建立了可靠的信任，去中心化地实现了可信的价值传输，因此区块链被称为价值互联网。

Bin 2：有“澳大利亚勃艮第”雅号，却由西拉和慕合怀特两个“强劲”品种混酿而成，口感柔润。1960年开始生产，70年代停酿，后再复产。

安全因素B1属尖点突变，由公式(1)计算得：采矿方法Ⅰ：XC1=C11/2=0.734 ，XC2=C21/3=0.961，评价B1=MIN{XC1,XC2}=MIN{0.734,0.916}=0.734，同理求得,采矿方法Ⅱ：B1=0.916 采矿方法Ⅲ：B1=0.877

经济因素B2属蝴蝶突变，由公式(3)计算得：采矿方法Ⅰ：XC3=C31/2=1　 XC4=C41/3=1　XC5=C51/4=0.829　XC6=C61/5=0.923，评价各因素相互关联取平均值 B2=AVERAGE{XC3,XC4,XC5,XC6}=0.938，同理求得,采矿方法Ⅱ：B2=0.968 采矿方法Ⅲ：B2=0.952

指标体系中，C3、C4、C5、C6、C7、C8属定量指标，由近两年矿山无底柱分段崩落法(方法Ⅰ)、上向分段碎石胶

用同样方法，求得各采矿方法资源因素B3、效率因素B4的归一值，并通过模糊评价得到评价值，也即评价最优采矿方法基本因素指标的模糊隶属函数值。

对于B1、B2、B3、B4采用蝴蝶突变的归一公式，求得归一值。再根据互补原则，分别计算各采矿方法的出总突变隶属函数值A，也即各采矿方法最终评分，并按评分大小进行排序。由表3可知，采矿方法Ⅱ即上向分段碎石胶结充填法为丰山铜矿南缘矿带矿体开采的最优采矿方法。

 

表3　采矿方法评价结果

  

采矿方法AB1B2B3B4B11/2B21/3B31/4B41/5最终评分排序Ⅰ0.7340.9380.6871.0000.8570.9820.9381.0000.9443Ⅱ0.9160.9680.9520.8680.9570.9941.0000.9710.9811Ⅲ0.8770.9520.9640.8020.9370.9800.9720.9570.9612

3　上向分段碎石胶结充填法的应用

3.1　结构参数与采准切割

南缘-320 m中段高60 m，开掘-308、-296、-284、-272 m等4个分段，分段高12m，进路间距7.6 m。矿块沿走向长50 m，宽为矿体厚度。每个矿块下盘脉外布置一放矿溜井，间距50 m；每100 m布置一充填井。各分段在下盘沿走向布置一脉外沿脉运输巷道，由联络道与主斜坡道相通。放矿溜井和充填井与沿脉运输巷道相通。回采进路垂直矿体走向并在各分段呈上下一一对应布置。进路前端沿上盘矿岩接触位置布置切割天井，切割天井与其左右两侧炮孔微差爆破而产生空间形成切割槽。

3.2　回采顺序及回采工艺

回采由下至上按分段顺序进行，即先由-308m分段进行回采。分段内由矿体两端向中间回采，上盘向下盘按6～8 m步距退采，相邻进路隔一采一。在两边进路回采充填结束后，再开掘中间的回采进路。同时作业分段数3～4个，其中回采、充填分段1～2个(-308、-296 m分段)，凿岩分段一个(-284 m分段)，采准分段一个(-272 m分段)。

采用BQF-100型风动装药器装2#粉状岩石炸药，炮孔装药量2.4kg/m，炮孔装药密度0.72 g/cm3,用分段毫秒微差雷管和导爆管起爆，每排炮孔崩矿量320 t。根据现场实际条件每次起爆1～2排炮孔。

分段凿岩采用YGZ-90钻机，在进路钻凿上向扇形炮孔。钻头直径为Φ65 mm，最小抵抗线1.5 m，孔底间距1.3～1.6 m，，排面前倾80°，边孔角31°～33°。相邻两排炮孔平行交错布置，每排10～11孔，总孔深64～68 m。

The comparison between simple patch and the combination one at 12 GHz lead to have better performance when using metamaterial in case of S11 radiation pattern．

由表2中可以看出，使用BIC信息准则，得到现货与1月、2月、3月和4月期货合约下的领先、滞后阶数K分别为1、2、3和4，β的估计值分别为0.9937、0.9760、0.9624和0.9514，均非常接近1；残差ADF检验结果显示，现货分别与4个期货合约均具有协整关系。由于协整关系仅是无偏性假说成立的一个必要条件，还需要进一步检验β=1是否成立；Wald检验检验结果显示，现货与1月期合约下，β=1成立，而其他几个合约下β=1均不成立，说明原油期货市场在短期是有效的，但在长期是非有效的。

从表2可以看出，奖学金对86.41%的大学生的学习动机有激励作用，且有46.74%的学生认为奖学金对激励其学习有很大作用，说明奖学金的设置很有必要，对大学生的学习和成长都有很大作用。

好的影视作品和好的演员是密不可分的，有着很大的联系。好的表演同样也离不开好的台词，台词和表演相互依存，相互联系。好的影视表演呈现出好的影视效果的同时，都离不开影视和核心精髓，都是在理论知识上建立起来的。只有很好的运用台词，把台词发挥到极致才能让影视作品的表演技巧得到很好的运用。

使用WG-2柴油铲运机在回采进路内铲运出矿，使用LH203遥控铲运机进入采空区内回收前端矿石。

3.3　采空区充填

采空区矿石回收完后进行充填。用碎石作为充填集料，325#硅酸盐水泥作为胶凝剂。碎石集料与水泥浆在地表制备后，分别通过充填井与水泥浆小井分流下井，在井下充填分段水平进行自淋混合，由铲运机铲装充填料至采空区。

  

图3　上向分段碎石胶结充填采矿法

1-矿体；2-充填体；3-崩落矿石；4-下盘沿脉；5-回采充填道；6-切割井；7-炮孔；8-充填井；9-水泥浆小井；10-矿溜井；11-矿体界线；12-下盘围岩

4　结语

——运用突变理论综合评价采矿方法，没有对评价指标采取权重，但又考虑了各评价指标之间的相互关联性，科学、合理、计算简单准确。通过对3种采矿方法的综合评价得出上向分段碎石胶结充填法是丰山铜矿南缘矿带开采的最优采矿方法，无底柱崩落法产能高但矿石贫化损失非常大，上盘分段碎石胶结充填法采切比较大，产能较低。

——经过生产实践证明，南缘矿带-320 m中段采用上向分段碎石胶结充填法采矿，技术经济指标达到生产要求，采矿作业流程统一、简单、高效，南缘矿带深部矿体开采可沿用此开采方案 。

参考文献：

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[3] “采矿手册”编辑委员会编. 采矿手册(第四卷)[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[4] 凌复华. 突变理论及其应用[M].上海: 上海交通大学出版社，1987.

[5] 谷新建，柴红保.应用突变评价理论选择采矿方法[J].中国安全科学学报，2004(7):152-155 .

[6] 白云飞，叶振华.基于突变优选理论的采矿方法选择[J].金属矿山，2011(10):61-67.

[7] 蒋才良.基于突变级数理论下的企业成长性评价研究[J].当代经济，2013(12):132-134.