基于CRITIC-VIKOR法的托库孜巴依金矿残矿回采方法优选与设计.pdf

基于C R I T I C-V I K O R法的托库孜巴依金矿残矿回采方法优选与设计段旦1,2,包中林2,蒋斌2,吴鸿飞2,吴思桐1(1.正元国际矿业有限公司,北京 1 0 0 0 8 5;2.阿勒泰正元国际矿业有限公司,新疆 哈巴河县 8 3 6 7 0 0)摘 要:合理选择安全高效的采矿方法对残矿资源进行回采,对企业经济效益的提高和可持续发展具有重要意义。针对托库孜巴依金矿残资源的开采技术特点,提出一种C R I T I C-V I K O R法的采矿方法优选模型,该模型采用C R I T I C法对指标进行客观赋权,并通过V I K O R法对各方法进行优越性排序。应用该模型对上向水平分层充填法、浅孔留矿嗣后充填法和分段空场嗣后充填法进行基于不同风险偏好(k值)的分析。结果表明,风险折中条件下(k=0.5),3种采矿方法的Q值分别为0.3 9 7,0.5 5和0.5,即上向水平分层充填法为最优方法。实践证明,该模型科学性、适用性强,可在矿山残矿资源回采方案优选中推广应用。关键词:残矿回采;采矿方法优选;C R I T I C-V I K O R法0 引言阿勒泰正元国际矿业有限公司托库孜巴依金矿位于新疆重要黄金产地阿尔泰山区,该矿采用地下开采方式,共设置8个中段,开采规模为6万t/a。其中一至四中段采用浅孔留矿法开采,目前已基本回采结束,但过去由于采矿方法、人员安全、设备水平、矿体变厚等因素的制约,开采过程中留设了大量高品质挂壁矿与矿柱(主要为顶柱、间柱和底柱)。随着时间的推移,地压逐步释放,开采形成的2 0多个采空区稳定性逐步降低,若不尽快采取新的工艺与技术,该部分优质矿量将会难以回采,从而造成永久损失。通过充填手段对采空区进行治理后,选择一种安全高效的采矿方法对优质残矿资源进行回采,是提高企业经济效益、实现可持续发展的重中之重。综合评价方法的发展,为矿山生产各环节的评价择优提供了丰富的理论支持,众多专家学者将AH P、C R I T I C、T O P S I S、F U Z Z Y、V O K O R等方法应用于支护、采矿、充填等诸多领域,取得了丰硕的研究与生产成果。鉴于科学理论与生产应用的成熟性,针对托库孜巴依金矿残矿资源回采方案,本研究利用C R I T I C法对各指标进行客观赋权,同时运用V I K O R法对各方案进行基于折中解的评估排序,最后对最优方案进行设计。1 C R I T I C-V I K O R评价模型1.1 基于C R I T I C模型的权重确定方法C R I T I C法是一种客观赋权法,其思想在于用数据标准差和相关系数分别表示数据波动性和指标间相关关系,据此来分配权重,具体计算步骤如下。(1)建立原始评价矩阵X。X=x1 1x1nxm1xm n (1)式中,xm n表示第m个方案、第n个指标的评价数值。(2)无量纲化处理。由于指标评价数值量纲不统一,无法进行进一步分析计算,因此需要对各指标进行无量纲化处理,对于正向化指标:x i j=xi j-xjm i nxjm a x-xjm i n(2)对于逆向化指标:x i j=xjm a x-xi jxjm a x-xjm i n(3)(3)计算指标变异性。指标变异性代表各指标内部数据的波动情况,用各指标标准差表示,公I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第3期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2 3,N o.32 0 2 3年5月M a y.2 0 2 3式为:x j=1mmj=1x i j(4)Sj=mi=1x i j-x j 2m-1(5)式中,x j表示第j个指标的平均值;Sj表示第j个指标的标准差。(4)计算指标冲突性。指标冲突性用相关系数表示,公式为:Rj=mi=1(1-ri j)(6)式中,Rj表示冲突性指标;ri j表示第j个指标与其他指标的相关系数。(5)计算信息量。信息量是指变异性指标与冲突性指标的乘积,公式为:Cj=SjRj(7)(6)计算客观权重。通过式(8),便可得出每个指标的权重占比:wj=Cjnj=1Cj(8)1.2 基于V I K O R模型的评价方法V I K O R是一种基于理想解的多属性决策方法,在可接受优势和决策过程的稳定条件下对备选方案进行排序。V I K O R方法求得的解是一种折中解,是所有解中最接近最优解的可行解,具体步骤如下。(1)构建决策矩阵并进行归一化,定义归一化决策矩阵Ai j=Xi j。(2)求出正理想解A+与负理想解A-。公式为:A+=a+j,m a x(ai j)|j=1,2,n(9)A-=a-j,m i n(ai j)|j=1,2,n(1 0)(3)求出各方案的群体效益值Si,个体遗憾值Ri以及折中值Qi。公式如下:Si=nj=1wja+j-ai ja+j-a-j (1 1)Ri=m a xwja+j-ai ja+j-a-j (1 2)Qi=kSi-S-S+-S-+(1-k)Ri-R-R+-R-(1 3)其中,S+=m a x(Si);S-=m i n(Si)(1 4)R+=m a x(Ri);R-=m i n(Ri)(1 5)式中,k代表决策者风险偏好,k值越大代表越偏向风险,越小代表越偏向保守。根据Qi值对各方案进行排序,数值越小代表方案越优。2 残矿回采方法优选2.1 优选方案及指标的确定通过前期残矿资源调查工作可知,拟开采区域内矿体倾角一般为6 5 9 0,均属于急倾斜(5 5)矿体,大部分矿体属于中厚(51 5m)矿体,局部矿体为薄矿体(1 5m)矿体。但部分上下盘挂壁矿、间柱等矿体形态不规则,矿体厚度在倾向和走向上均发生较大变化,如图1所示。(a)矿体厚度变化(b)顶柱厚度变化图1 矿体厚度变化示意(单位:m)通过总结分析残矿资源的矿体特征与开采技术条件,初选出3种残矿回采方法:上向水平分层充填法(A1)、浅孔留矿嗣后充填法(A2)、分段空场嗣后充填法(A3)。通过相关参考文献4,67和矿山实际需求,选取评价指标分别为:采场生产能力(X1)、矿石回采率(X2)、矿石贫化率(X3)、采切比(X4)、方案灵活适应性(X5)、地压控制效果(X6)、实施难易程度(X7)、通风条件(X8)。其中各方案指标评价值见表1。2.2 采矿方法优选(1)构建归一化评价矩阵。将表1中各方案指标数值进行无量纲化处理,全部转换为正向化指标,62采矿技术2 0 2 3,2 3(3)表1 各方法评价指标数值对比回采方法评价指标X1X2/%X3%X4X5X6X7X8A12 0 09 0680.8 5 0.7 5 0.7 50.8 5A21 5 09 01 050.7 5 0.7 0 0.6 00.7 5A32 5 08 01 260.6 0 0.6 0 0.8 50.7 0构建归一化矩阵X为:X=0.5 110110.4101 0.3 310.6 0.6 710.3 31000.6 70000 (2)计算指标变异性、冲突性、信息量与权重。根据式(4)至式(8)进行计算,结果见表2。表2 备选方案指标变异性、冲突性与信息量指标项变异性冲突性信息量权重/%X10.5 0 01 1.0 9 25.5 4 62 3.5 2X20.5 7 73.8 7 82.2 3 99.4 9X30.5 0 94.2 5 82.1 6 89.2 0X40.5 0 99.7 1 84.9 4 82 0.9 9X50.5 0 33.8 3 71.9 3 18.1 9X60.5 0 93.7 9 21.9 3 18.1 9X70.5 0 35.2 62.6 4 71 1.2 3X80.5 0 94.2 5 82.1 6 89.2 0 (3)确定正负理想解。根据式(9)至式(1 0)得出正负理想解。A+=0.8 9,0.7 1,0.9 5,0.8 3,0.8 6,0.8 3,0.9 3,0.9 5A-=0,0,0,0,0,0,0,0(4)求出各方案的群体效益值Si,个体遗憾值Ri。根据式(1 1)至式(1 5),计算结果如下。S1=0.3 9 5S2=0.4 1 8S3=0.6 2 5 R1=0.2 1 0R2=0.2 3 5R3=0.1 1 2 S+=0.6 2 5S-=0.3 9 5 R+=0.2 3 5R-=0.1 1 2(5)计算不同k值下的利益比率值Qi。在0 1范围内以0.1为区间对k进行赋值,根据式(1 3)计算Q值,所得结果见表3与图2。分析表3与图2可知,当kA1A2;当0.4 4 3 kA3A2;当k0.5 2 6时,A1A2A3。一般而言,k取0.5,表示根据兼顾最大群体效益与最小遗表3 不同k值下各方法Q值结果k值Q值A1A2A30.00.7 9 41.0 0 00.0 0 00.10.7 1 50.9 1 00.1 0 00.20.6 3 50.8 2 00.2 0 00.30.5 5 60.7 3 00.3 0 00.40.4 7 70.6 4 00.4 0 00.50.3 9 70.5 5 00.5 0 00.60.3 1 80.4 6 00.6 0 00.70.2 3 80.3 7 00.7 0 00.80.1 5 90.2 8 00.8 0 00.90.0 7 90.1 9 00.9 0 01.00.0 0 00.1 0 01.0 0 0图2 不同k值下各方法Q值变化憾值的共识决策机制进行抉择,此时A1、A2、A3的Q值分别为0.3 9 7,0.5 5和0.5,A1A3A2,上向水平分层充填法为最优选择,该方法采场结构布置如图3所示。3 上向水平分层充填法设计3.1 采切工作将间柱、顶柱及上、下盘挂壁矿划入同一个矿块进行回采,矿块垂直走向布置,矿块内划分45个采场,采场长度为2 0 3 0m,宽度为矿体厚度,先回采靠上盘矿体,再依次回采下盘矿体。主要的采切工程有中段运输巷道、分段巷道、分层联络道、卸矿巷道、溜井、装矿巷道、人行通风天井、采区斜坡道。(1)中段运输巷道。中段运输巷道沿走向布置在下盘脉外,距离矿体下盘边界2 0m,作为矿石运输主要通道。巷道断面尺寸为2.8m 2.8m,最小转弯半径1 5m。72段旦,等:基于C R I T I C-V I K O R法的托库孜巴依金矿残矿回采方法优选与设计图3 上向水平分层充填法(垂直走向布置)(2)分段巷道。分段巷道沿走向布置在下盘脉外,距离矿体下盘边界2 0m,共划分3个分段,每个分段负责4个分层,分层高度为2.5m,分段之间垂直高度为1 0m。巷道断面尺寸为2.8m2.8m,最小转弯半径6m。(3)分层联络道。沿分段巷道在矿房中央位置掘进分层联络道通达矿体下盘,下向分层联络道为重车上坡,坡度不大于1 5%;上向分层联络道为重车下坡,坡度不大于2 0%。断面尺寸为2.8m2.8m,最小转弯半径6m。(4)卸矿巷道。分段巷道和溜井之间用卸矿巷道连通,卸矿巷道与分段巷道间保证6m以上的转弯半径,断面尺寸为2.8m 2.8m。(5)溜井。考虑到铲运机有效运输距离为8 0m,溜井间距取8 0m,断面尺寸 2.0m,溜井底部设置振动放矿机。(6)装矿横巷。自中段运输巷道在溜井位置掘进装矿巷道连通溜井,矿石经振动放矿机装入矿车运出,巷道断面尺寸为2.8m2.8m,最小转弯半径1 5m。(7)人行通风天井。人行通风天井是采场通风和输送充填料浆的重要通道,沿矿体倾向布置于采场一端靠近上盘的矿体中,同时兼作采场安全出口。断面尺寸规格为1.8m 1.8m。(8)采区斜坡道。采区斜坡道是铲运机、凿岩台车、材料设备及人员在不同分段和中段之间实现自由快速移动的重要通道,断面尺寸为2.8m2.8m,最小转弯半径1 2m,平均坡度1 5%。3.2 回采工艺(1)凿岩爆破。回采工作主要采用液压凿岩台车凿岩,采用水平炮孔的布孔方式。设计孔距1.1 1.2m、排距1.11.2m,边孔与采场轮廓线间距为0.6 0.8m,炮孔直径4 5mm,孔深2.5m。采用3 2mm柱状药卷,非电导爆管雷管起爆。为减小爆破振动,采用排间微差起爆方式。边角地段采用Y T 2 8凿岩机进行凿岩,设计孔距1.0m、排距1.0m,边眼距采场边界0.50.7 m,炮孔直径3 8mm,炮孔深度2.0 2.5m。(2)通风。每次爆破后,必须充分通风,通风时间不少于4 0m i n,人员才能进入采场。82采矿技术2 0 2 3,2 3(3)(3)采场顶板管理。采场爆破并经过有效通风排除炮烟后,安全人员进入采场清理顶板和边帮松石。(4)出矿。经通风排出炮烟、顶板安全检查后,采用1.0m3铲运机铲装矿石,经分层联络道、分段巷道、卸矿巷道运至溜井卸至下部主运输水平。崩下的低品位矿石或废石采用铲运机倒运,就近进行采场充填。(5)最上一分层回采。为了维持顶柱的稳定性,确保最上一分层回采时的安全,需缩小采场跨度,将该分层改为进路式回采,进路宽度控制在4m以内,划分一、二步进路,一步进路采用胶结充填,二步进路采用非胶结充填。充填时需多次进行,尽可能保证充填接顶质量,具体方案见图4。图4 最上一分层回采示意 (6)充填工艺。每分层回采结束后,采用低强度胶结充填,推荐配比参数为灰砂比12 0、料浆质量浓度6 9%、2 8d抗压强度0.3 M P a、充填厚度2.2m。每分层浇面采用较高强度胶结充填,2 8d抗压强度不低于1.5 M P a,推荐配比参数为灰砂比1 6、料 浆 质 量 浓 度6 9%、浇 面 层 厚 度 不 小 于0.3m。4 结论(1)建立了一种基于C R I T I C-V I K O R法的采矿方法优选模型,该模型采用C R I T I C法,根据指标的波动性及冲突性进行指标客观赋权,同时通过基于折中解的V I K O R法对各方案进行优越性评价。(2)通过调节k值,对模型进行了基于不同风险偏好的敏感性分析,得出了不同k值区间的方案优越性排序,根据兼顾最大群体效益与最小遗憾值的原则,确定上向水平分层充填法为本研究最佳回采方法。(3)根据库孜巴依金矿的残矿开采条件,采用上向水平分层充填法对其进行了采准及回采设计,实践证明,该方案适用性良好,可实现残矿资源的安全高效回采。参考文献:1 刘形林,王道林.基于AH P-F U Z Z 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