基于改进CRITIC-TOPSIS的急倾斜薄矿脉采矿方法优选与应用

2020-09-10姜群曾鹏陈秋松王道林

黄金 2020年8期

姜群曾鹏陈秋松王道林

摘要：针对急倾斜薄矿脉可选采矿方法有限、贫损指标控制难等问题，为科学合理选取采矿方法，建立了改进CRITIC和逼近理想解（TOPSIS）的评价模型，并应用到某铅锌矿采矿方法优选中。建立采矿方法综合评价指标体系，采用改進CRITIC法确定指标客观权重，通过计算综合优越度，得出中深孔落矿分段空场采矿法为最优采矿方法。现场工业试验表明：采用该采矿法获得了采矿损失率11 %，矿块生产能力310 t/d的良好指标，有效提升了矿山经济效益，为类似矿山开采提供了新思路和技术。

关键词：急倾斜薄矿脉;改进CRITIC法;采矿方法;逼近理想解;贫化损失

中图分类号：TD853.2文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）08-0049-04doi：10.11792/hj20200808

引言

急倾斜薄矿脉可选的采矿方法少，狭窄的作业场地难以利用大型设备和连续开采，在回采过程中，不可避免会崩落上下盘围岩导致矿石贫化率较高，成为典型的难采矿体之一[1-3]。目前，浅孔留矿采矿法是该类矿体的主要采矿方法，但普遍存在采场生产能力低，回采周期长的问题，严重影响了矿山企业经济效益。因此，为提高这部分难采矿体的开采技术水平，实现矿产资源的最大化利用，对急倾斜薄矿脉低贫损安全开采关键技术的相关研究显得格外重要。

目前，众多专家和学者针对急倾斜薄矿脉开采技术做了大量的研究工作，取得了较多成果。例如：廖九波等[4]以某极薄金矿脉为研究对象，结合矿山现有开采技术条件，提出采用机械化水平分层削壁充填采矿法进行回采，贫损指标得到有效控制;张连富等[5]以X型细脉带状矿体为研究对象，在分析开采现状后，提出采用上向水平分层充填采矿法进行回采，采用铲运机出矿，引入预裂爆破控制技术，与浅孔留矿采矿法相比，显著提升了矿山经济效益;戚伟等[6]采用中深孔落矿废石充填采矿法代替浅孔留矿采矿法进行薄矿脉开采，通过开展工业试验，获得了较好的效果。

随着理论研究的不断深入，通过建立数学评估模型，如模糊数学[7]、UM[8]、博弈论-TOPSIS[9]等进行采矿方法的优选，获得了较好的应用效果。在进行采矿方法优选时，首先需要构建综合评价指标体系，然后确定指标权重。当前，层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是多属性目标决策中指标权重的常规计算方式，具有操作性强的优点。但是，研究表明：AHP对主观评价者要求较高，受评估者的主观学识和经验影响较大，指标权重偏主观性，可能导致评价结果与实际差距较大[10]。

鉴于此，本文采用改进CRITIC法确定指标权重，建立基于改进CRITIC-TOPSIS的采矿方法综合优选评价模型，为采矿方法的选择提供可靠、科学和合理的新方法。

1 改进CRITIC-TOPSIS评价模型

1.1 指标权重确定

CRITIC法最初是Diakoulaki提出的一种以指标相关性和反映信息大小为依据来分配指标客观权重的理论方法。在实际应用中，由于不同指标之间量纲和量级不同，难以进行比较，可能导致指标权重计算存在误差。鉴于此，引入变异系数对CRITIC法进行改进，具体计算步骤如下[11-12]：

2 采矿方法优选

2.1 开采现状

某铅锌矿矿岩倾角79°，厚度多为2 m，属于典型急倾斜薄矿脉。在回采浅部矿体时，一直沿用普通浅孔留矿采矿法，技术相对成熟。但是，随着浅部资源回采殆尽，开采深度不断增加，地应力加大，回采过程中问题凸显，主要表现为：矿岩为千枚岩，岩性软弱，其片理与矿脉走向近似一致，但与最大主应力方向斜交，在地应力、千枚岩片理、矿脉走向的共同作用下，极易冒顶和片帮，安全问题突出;回采时因爆破震动，导致围岩片帮冒落，加剧了贫化，而且片帮冒落量大时，极易导致回采高度难以达到设计要求，从而大大降低开采回采率。尽管该矿山采取了调整采场结构参数，合理优化爆破参数，加大支护强度，严格出矿制度等一系列控制措施，但对开采过程中回采率和贫损指标控制效果不明显，因此亟需对现有采矿方法进行优化研究。

2.2 综合评价指标体系建立

采矿方法的选取主要考虑经济性、安全性和适用性。在参考文献[7-9]和咨询现场专家的基础上，选取了采矿成本（X1）、采矿损失率（X2）、矿石贫化率（X3）、采切比（X4）、采场生产能力（X5）和实施难易及安全性程度（X6）等6个指标，构建了急倾斜薄矿脉采矿方法优选评价指标综合体系。根据该矿山生产技术条件，选取了3种采矿方法：无底柱浅孔留矿采矿法（方案1）、中深孔落矿分段空场采矿法（方案2）和削壁充填采矿法（方案3）。各采矿方法评价指标参数取值情况见表1。

3 现场工业试验

根据优选结果，进行采矿方法设计和现场工业试验。矿块沿矿体走向布置，长100 m，宽2.5 m，阶段高度60 m，沿垂直方向划分为3个分段，分段高度20～25 m，间柱5 m，顶柱高4.5 m。在脉外布置出矿运输巷道，沿矿体走向布置分段巷道，在矿体下盘布置出矿进路，在矿块中布置脉内切割天井通至上部中段，为初步回采作业提供补偿空间，兼作探矿及采矿时通风。在分段巷道与切割槽形成后由切割槽后退式回采，为保障作业安全及矿石集中于一分段作业面附近，各分段间同时后退并形成下向阶梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。分段巷道施工后，采用311凿岩台车向上钻凿垂直孔，孔径=78 mm，孔深11～15 m，排距1.6 m，边孔距矿岩分界线0.15 m，最小抵抗线W=1.6 m。爆破采用粒状乳化铵油炸药，用装药车装药，将炸药送入炮孔，堵塞长度1.9 m，钻孔完毕后以切割井为自由面进行爆破。爆破后由最底部分层集中出矿。各分段同时落矿，按计划放空采场内矿石，以减少二次贫化。

通过现场试验采场工业试验，采矿方法技术指标对比见表5。

根据现场工业试验技术参数可以发现：采矿损失率由21 %降低至11 %，回采矿量增加;矿块生产能力由120 t/d提高到310 t/d，说明中深孔落矿分段空场采矿法在薄矿脉开采方面具有很强的可行性和推

相对于浅孔留矿采矿法，能解决目前矿山在开采极薄至薄矿脉时所面临的技术、经济和安全难题。中深孔落矿分段空场采矿法具有显著优点：机械化程度高，回采效率高，采场采矿周期变短，存窿矿石可以及时放出，不会因长期积压导致无法放出，进一步提高了矿山的经济效益;工人劳动强度低，通风条件好，作业人员在分段巷道作业，作业安全环保，无需长时间暴露在采场顶板下凿岩，无需平场，大大提高了作业安全性;坑木消耗少，矿石回收率大大提高。采场回采周期从原来的8个月縮短为3个月，综合经济效益提高约0.9 %。综上所述，中深孔落矿分段空场采矿法在该矿山急倾斜薄矿脉开采技术上可行，经济上合理，安全上可靠，为急倾斜薄矿脉矿山安全高效开采探索了新思路，其他同类型矿山可借鉴。

4 结论

1）为科学合理确定指标客观权重，引入变异系数对传统CRITIC法加以改进。采用改进CRITIC法确定指标权重，既可以考虑指标之间的相关性，又保证了权重的客观性，可以进一步提高优选结果科学性和准确性。

2）根据该矿山现有开采技术条件和矿山赋存条件，提出了无底柱浅孔留矿采矿法、中深孔落矿分段空场采矿法和削壁充填采矿法3种备选采矿方法。根据综合优越度计算结果（42.2 %、72.9 %、49.9 %），中深孔落矿分段空场采矿法为最适宜的采矿方法。通过现场工业试验，中深孔落矿分段空场采矿法可以降低采矿损失率，显著提高采场生产能力，应用效果较好，在相似矿山中具有很强的推广与借鉴价值。

3）本文所建立的基于改进CRITIC-TOPSIS综合评价模型结果科学合理，为采矿方法的选择开拓了新思路，提出了新的科学有效的分析方法，具有很强的应用价值。

[参考文献]

[1] 覃魁.关于急倾斜薄矿脉采矿方法的研究[J].世界有色金属，2018（6）：85-86.

[2] 盛利涛，盛佳，江飞飞，等.急倾斜软弱破碎薄矿脉的采矿方法选择及优化[J].采矿技术，2016，16（2）：6-9.

[3] 梁耸.金矿急倾斜薄矿体开采工艺研究[J].冶金与材料，2020，40（1）：46，48.

[4] 廖九波，范文录.急倾斜极薄矿脉机械化开采新技术及应用[J].矿业研究与开发，2019，39（7）：10-14.

[5] 张连富，吴爱祥，王洪江.某X型细脉带状复杂矿体采矿方法设计[J].矿业研究与开发，2017，37（1）：15-18.

[6] 戚伟，曹帅，宋卫东.中深孔嗣后废石充填采矿法在急倾斜薄矿脉开采中的试验应用[J].黄金，2017，38（2）：30-33.

[7] 查道欢，钟文，罗建林，等.基于AHP-FUZZY的某锌金多金属矿采矿方法优选[J].矿业研究与开发，2019，39（9）：6-11.

[8] 杨宁，尹贤刚，肖木恩，等.基于AHP-UMT的采矿方法优选[J].矿业研究与开发，2017，37（10）：57-61.

[9] 刘恒亮，张钦礼，荣帅.基于博弈论-改进TOPSIS的采矿方法优选[J].金属矿山，2017（6）：8-13.

[10] 张钦礼，赵宇飞，荣帅，等.基于变权重理论和TOPSIS的缓倾斜薄矿脉采矿方法优选[J].黄金科学技术，2019，27（6）：844-850.