基于模糊评价法的狮凤山铜矿采空区评价与管理

易丽平,王李管,童汝彦,张丹丹

(中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083)

基于模糊评价法的狮凤山铜矿采空区评价与管理

易丽平,王李管,童汝彦,张丹丹

(中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083)

通过调查狮凤山铜矿井下采空区的规模、形状、分布状况等,应用模糊综合分析法进行所有采空区稳定性因素定量评估,提出处理采空区的基本方法和安全技术管理措施,取得了安全生产的良好保障和一定的生产效益,为其他矿山企业治理采空区提供了借鉴意义。

采空区;模糊综合评价法;定量评估;管理措施

0 前 言

长期的地下开采使很多矿山形成大量的采空区,这些采空区形态各异,其中有些采空区已经接近地表,有些相邻的采空区已经连成一片,另外一些相对独立、边远的盲矿体采空区也久未处理,这些采空区使周边一定范围内的岩石应力重新分布,导致岩石的破坏、变形和移动,成为安全生产的重大隐患,在一定程度上影响着矿山的安全生产。为有效控制地压、避免大规模的地压活动,确保矿山生产的持续与安全,必须对矿山遗留的采空区进行合理的评价其危险程度,并提出一定的管理措施和采空区处理方法。

1 模糊综合评判理论

1.1 模糊综合评价原理

以上为一级模糊综合评判模型。如果评判对象的影响因素很多,指标集中选定的因子,又受若干子因子控制,则需要采用二级模糊综合评判[1]。

1.2 指标的确定

采空区是矿山遗留下的较大安全隐患,其危险主要来自采空区顶板破坏、冒落及采空区大面积冒落产生的冲击波,而造成采空区坍塌破坏的因素来自以下几个因素:(1)设计因素;(2)管理因素;(3)开采环境;(4)地质自然因素。

1.3 指标权重的确定

权重是指某一评价指标的因素在确定评语等级时的重要性程度或贡献大小。确定权重的方法很多,为简便起见,可以通过调研统计分析进行确定。并规定权重满足归一化原则。

1.4 评语集的建立

由于主要是确立采空区发生不安全事件的概率,因此划分4个评价等级:

1.5 定量评价结果分析

通过对评价结果的分析,得出评价对象的现状,从而采取合适的措施对其进行处理及管理。

2 狮凤山铜矿采空区评价模型及工程应用

2.1 工程概况

云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿位于云南省易门县绿汁镇,由原易门矿务局3家厂矿和凤山矿合并而成。于1958年3月开始基建,1960年5月建成投产,已经有近50年开采历史。矿山开拓一直采用平窿-盲竖井方式,采矿方法为有底柱阶/分段强制崩落法,中段高50 m,分段高25 m。

狮凤山铜矿由狮山矿段,菜园河矿段,新区矿段,凤山矿段4个矿段组成,图1是狮凤山铜矿各矿体空区平面图,从图中可以直观地了解各空区的分布情况和相互之间的联系。

图1 狮凤山采空区规模形态图

通过统计分析,狮凤山铜矿采空区主要有以下几个特点:(a)空区形状不规则,并且分布范围广,高差不等。(b)空区间的矿柱大小不一,大的有30～40 m,小的有3～4 m。(c)大多数空区上面有覆盖岩,小的空区已被垮落的围岩填满。(d)所有通往空区的通道已经进行过封闭处理。狮凤山铜矿采空区大部分回采已经结束,采用的回采方法主要为有底柱分段崩落法,属于履盖岩下进行放矿,供矿结束后,采空区就已形成,其所辖区域内的顶部、矿体上下盘围岩自然垮落,充填至采空区域内或向山体E、W两侧自然堆积。

2.2 建立个因素和子因素集的权重集

为了定量评估狮凤山采空区的安全性,应用模糊综合评价法建立相应的分析模型。结合狮凤山采空区的实际情况,将设计因素(U1),管理因素(U2),开采环境(U3),地质自然因素(U4)4个因素分别分为3个层次,并分别建立它们的子因素集:

设计因素:

{设计不合理u11,顶板支护方法u12,矿柱设计尺寸u13}

管理因素:

{空区未封堵u21,封堵质量差u22,检查不彻底u23}

开采环境:

{开采破坏u31,顶板有脱离层u32,采空区面积扩大u33}

地质自然因素:

{地质构造带u41,震动破坏u42,地下水u43}

权重的建立主要根据技术人员调研和经验确定,下面是设计因素,管理因素,开采环境和地质自然因素四大因素集的权重,并且所有的权重满足归一化原则。

{A1(设计),A2(管理),A3(开采工艺),A4(地质自然因素)} ={0.275,0.275,0.25,0.2}

其中,Aij(i=1,2,3,4;j=1,2,3)表示各子因素的权重。

下面运用专家打分法(10人)对每个因素uij(i =1,2,3,4;j=1,2,3)导致狮凤山采空区不安全事件的可能性进行评价,并用百分比表示(评价集满足归一化原则)。评判集见表1。

表1 狮凤山采空区导致不安全事件发生因素可能性评价

2.3 狮凤山采空区模型

首先根据单因素评价法计算因素集Ui的评价子集R′i(i=1,2,3,4)=AijUij

按照归一化原则,将R′归一化为R

2.4 评价结果分析

狮凤山采空区不安全性因素综合评判计算:B =AR=(A1,A2,A3,A4)(R1,R2,R3,R4)T= (0.302 75,0.286 95,0.254 125,0.156 175),归一化处理得,B=(0.302 7,0.287 0,0.254 1,0.156 2),根据此评判结果可知,30.27%的技术人员评判狮凤山采空区发生不安全事故的可能性大,28.7%的技术人员评判狮凤山采空区发生不安全事故的可能性较大,25.41%的技术人员评判狮凤山采空区发生不安全事故的可能性一般,15.62%的技术人员评判狮凤山采空区发生不安全事故的可能性小。

3 安全管理措施

对导致狮凤山采空区发生不安全事故的因素进行分析的结果表明,影响采空区安全的因素很多,但主要是由开采设计不合理及管理不善引起的,为防止事故的发生,必须从多方面采取综合预防措施,严格遵守安全技术规程和操作规程。

(1)选用合理的采矿方法和回采工艺。采矿方法不合理和不遵守采矿技术规程,是造成顶板事故的重要原因。合理的采矿方法首先应满足安全性要求,其次才是生产能力大,经济效果好、工艺简单等技术经济要求。

(2)严格控制生产规模。矿山设计生产能力是综合考虑安全、经济和技术保障程度确定矿山最优生产规模,超量、超强度开采是导致采空区顶板安全事故的最主要原因之一。在生产管理中,要保证各工序之间必要的时间间隔,如足够的顶板检查、通风时间等;同时要通过控制一次爆破量来降低爆破震动对采空区顶板的破坏,严格控制采空区暴露面积和矿柱尺寸。

(3)加强对采空区的治理,消除安全隐患,对暂时不具备处理条件的采空区,应加强监测。

(4)加强掘进工作面的顶板管理,重视井巷的支护和维修工作。

(5)安全规程和制度。它是保障生产安全,降低甚至消除人为安全隐患的重要手段,各采矿工种均要制定具体的安全操作规程,建立正常的生产秩序,正常的作业制度等,防止安全事故的发生。

4 采空区处理实施方案

为了防范于未然,还需要对已有的采空区进行处理,考虑到矿山的实际情况,在满足以下安全技术要求的前提下对采空区进行治理。

(1)技术、经济合理。既要技术上可行,又要经济上合理;(2)安全可靠,施工方便。既要保证处理作业安全,又要施工方便而稳定;(3)提高矿床资源回收率。既要合理处理采空区,又要保证地下资源有效地回收,减少损失,减少浪费,为矿山生产增加效益;(4)影响生产的时间要短。

针对狮凤山铜矿的实际条件,本着“简单易行、经济合理、安全可靠、技术可行”的原则,狮凤山铜矿对采空区处理方式主要有以下几个方面:

(1)对通往采空区的各人行道、通风通道进行封闭,并在明显的地方设置显著的警示标志。封闭方法如图2～图5所示。

图2 使用混凝土挡墙封闭采空区

图3 木板简易封闭采空区

图4 风门封闭采空区

(2)在通往采空区的各通道要标明该采空区的名称及周围相邻工程情况;

(3)采空区的相邻工程必须进行定期观察;

(4)做采场的采、切工程设计时应准确反映该采场的采矿边界线及相邻采空区边界位置,并留有相应的保安矿柱。

5 结 论

通过对狮凤山铜矿采空区情况调研分析,并应用模糊综合分析法进行所有采空区稳定性定量评估,从而提出相应的管理措施和采空区处理方案,在采空区处理上通过利用混凝土浇灌挡墙或旧风门(铁制)对通往采空区的废旧巷道进行永久性封闭,虽然在过程中投入了一定的人力、物力、财力,但是这些封闭措施工程的施工,有效遏制了采空区冒落而产生的对人、设备、伤害或破坏,取得了一定的经济效益,至今为止,狮凤山铜矿未发生一起因采空区冒落或因采空区处理不当而发生的安全事故。

[1] 汪吉林,姜波.煤矿采空区稳定性的模糊综合评判[J].矿山压力与顶板管理,2005,29-30.

[2] 采矿手册编委会.采矿手册(4)[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[3] 高国庆等.金属矿山空区处理研究[J].黄金,1997, 1899(9).

[4] 陈宝智.矿山安全工程[M].沈阳:东北大学出版社, 1993.

[5] 沈斐敏.安全系统工程理论与应用[M].北京:煤炭工作出版社,2001.

[6] 李发泽,胡钢墩.基于层次分析和模糊数学的网络安全评价模型[J].宁夏工程技术,2006,5(4):399-341.

[7] 陈硕恒.模糊决策方法定量评价道路安全性的尝试[J].交通科技,2007,220(1):90-92.

EVALUATI ON AND MANAGEM ENT OF SHIFENGSHAN COPPERM INE BASED ON FUZZY COM PREHENSIVE ANALYSISM ETHOD

YILi ping1,WANGLi guan2,TONG Ru-yan3,ZHANG dan-dan4
(School of Resources&Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,Hunan,China)

According to the investigation of the scale,shape and distribution of gob areas in Shifengshan Copper Mine,the stability factors of all gob areas are quantitatively evaluated by fuzzy comprehensive analysis method. Further more,the basic method of treating gob areas and measures of safety technology management are proposed. Then the guarantee with safety production and certain production benefit are achieved.Meanwhile,it can provide useful experience about treating gob areas for othermines.

gob areas;fuzzy comprehensive analysismethod;quantitative evaluation;managementmeasures

TD853.391+.2

A

1006-2602(2010)05-0019-04

2010-06-14

易丽平(1986-),女,硕士,主要研究方向:数字化矿山。