王 志，耿曉飛，周英烈

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014；2.非煤礦山通風除塵湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410014；3.中國黃金集團石湖礦業(yè)有限公司，河北 靈壽 050500；4.飛翼股份有限公司，湖南 長沙 410600）

殘留礦柱因其賦存狀態(tài)的特殊性，在回采的過程中會導致地表的沉陷和巖層的移動現(xiàn)象，如何選擇適合的采礦方法顯得尤為重要。在方案優(yōu)選中，須考慮的因素主要有技術、安全與經濟等方面，而安全因素屬定性指標，各因素之間缺少可比性。層次分析法可以解決多目標、多準則決策問題，模糊數(shù)學可以處理諸多不確定性、模糊性和隨機性問題。將層次分析法和模糊數(shù)學各自的優(yōu)點相結合，可確定殘礦回采的最優(yōu)方案［1，2］。

1 層次分析法

1.1 綜合評價指標體系

根據(jù)采礦方案評價指標體系中的參數(shù)選擇原則，且考慮到殘礦所處空間的特殊性及礦體賦存的零散性，從安全、技術、經濟3個方面進行考慮，建立評價指標集B（頂板安全性B1，采場生產能力B2／t·d-1，礦石損失率B3／%，礦石貧化 率B4／%，采切比B5／m3·kt-1，通風條件B6，生產管理難度B7，實施難易程度B8，采礦直接成本B9／元·t-1），其采礦方案綜合評價的指標體系如圖1所示。

1.2 構造判斷矩陣

圖1 采礦方案綜合評價的指標體系

1.各因素比較標度。各因素確定之后，需確定兩兩因素相比較的判斷值。取1～9級標度方法［3］，其表示含義見表1。

表1 比較標度

2.構造判斷矩陣。根據(jù)評價的指標體系，對各因素進行重要程度比較評價，構造判斷矩陣A。

其中，aij，i，j＝1，2，…，n表示指標Ai比指標Aj相對重要性數(shù)值，并且滿足：

3.指標權重。采用和積法計算特征向量W，將判斷矩陣A的每一列歸一化，得到矩陣B＝［Bij］n×n，然后按B的行求和，得出：

其中：

再對向量進行歸一化處理，得出指標權向量：

4.判斷矩陣的最大特征根。

1.3 判斷矩陣一次性檢驗

由于判斷主觀性及其它因素的影響，需對判斷矩陣進行一致性檢驗，以期判斷結果與實際結果更接近。先計算判斷矩陣的最大特征根λmax及一致性指標CR［4］：

當完全一致時，應有λmax＝n，即CR＝0

當不一致時，一般有λmax＞n，即CR＞0，需滿足：

此時認為判斷矩陣滿足要求，可以接受。平均隨機一致性指標RI與n有關，具體見表2，若CR≥0.1，則需要對判斷矩陣進行適當修正。

表2 平均隨機一致性指標

2 模糊綜合評判

2.1 建立模糊關系矩陣

1.定量指標隸屬度計算。定量指標包括收益性指標與消耗性指標，收益性指標越大越好，如采場生產能力；而消耗性指標越小越好，如礦石損失率與貧化率［5］?？梢杂孟率接嬎恪?/p>

收益性指標公式：

消耗性指標公式：

2.定性指標的隸屬度計算。定性指標采用等級評定法，可按表3的七級賦值標準給出評定值。

表3 定性指標等級評定法

由此可以建立指標隸屬度矩陣R。

2.2 綜合評判

由（s1，s2，s3，…，sj，…，sn）的各值即可比較出最優(yōu)方案。

3 殘礦回采應用實例

河北某金礦開采已近三十年，礦體開采深度從＋630～-70 m，開采深度已達700 m，350 m中段以上作業(yè)區(qū)域回采對象主要是頂?shù)字?，礦體傾角50°～78°，因其分布廣、礦量大、大小形態(tài)不一、品位懸殊大且周邊采空區(qū)內情況不明，易造成安全隱患?，F(xiàn)急需對前期遺留下來的空區(qū)進行有效處理，同時對現(xiàn)存的殘留資源進行安全回采，以緩解資源儲量壓力［6］。根據(jù)礦山調查，空區(qū)群內保有殘留礦量約68 582 t，平均品位6.07 g／t，金金屬量約416.03 kg，并且大部分采空區(qū)內進行了干式充填。

3.1 回采方案選擇

根據(jù)礦山的開采現(xiàn)狀、技術及發(fā)展規(guī)劃同時借鑒國內外類似礦山殘留礦體的回采方法，提出了初步可供選擇的三種回采方案：注漿固結干式充填體上向分層全尾砂膠結充填法（方案一）、長錨索護頂中深孔爆破嗣后充填采礦法（方案二）、預留護頂層礦上向水平分層進路充填法（方案三）。

3.1.1 注漿固結干式充填體上向分層全尾砂膠結充填法

利用高壓注漿技術固結空區(qū)內一定范圍的干式充填料，使之成為具有一定強度的整體，進而形成護頂層，保障頂板安全。根據(jù)礦山實際情況頂?shù)字捎脺\孔爆破，電耙出礦，利用原采場順路天井作為溜礦井。采礦工藝如圖2所示。

圖2 注漿固結干式充填體上向分層全尾砂膠結充填法

3.1.2 長錨索護頂中深孔爆破嗣后充填采礦法

在干式充填料下預留一定厚度護頂層礦石，在護頂層礦石下盤處掘進鑿巖巷道，由鑿巖巷道間隔2～3 m鉆鑿水平錨索孔至上盤巖體，安裝錨索拉結護頂，頂?shù)字捎弥猩羁滓淮伪?，嗣后全尾砂膠結充填。采礦工藝如圖3所示。

圖3 長錨索護頂中深孔爆破嗣后充填采礦法

3.1.3 預留護頂層礦上向水平分層進路充填法

通過預留一定厚度的礦石作為護頂層，垂直于礦體走向分層布置回采進路。采礦工藝如圖4。

圖4 預留護頂層礦上向水平分層進路充填法

3.2 技術安全經濟指標

根據(jù)殘礦的賦存特點及礦山技術條件，有針對性地對殘礦所處位置所涉及的安全性進行深度分析，確定三種方案技術安全經濟指標，定性指標按表3規(guī)定選取，其結果見表4。

表4 各方案技術安全經濟指標值

3.3 確定各因素權重及一致性檢驗

殘礦回采最優(yōu)方案準則層為：安全指標（A1），技術指標（A2），經濟指標（A3）三個指標，對這三個指標進行評判的標度取值按照表1和表3規(guī)定的原則選?。?］，得出結果見表5。

表5 準則層指標兩兩比較重要度

根據(jù)各因素權重，可得特征值λmax＝3.000，CI＝0，查表RI＝0.58，得CR＝0＜0.1，判斷矩陣滿足一致性檢驗要求，則權重矩陣W ＝（0.400，0.200，0.400）。同理，可計算各個影響因素相對于評價準則的權重［8］?？傻脤哟慰偱判?，見表6。

層次總排序一致性檢驗為：CI＝0.001 4＜0.1，RI＝0.264，CR＝0.005＜0.1，故滿足一致性檢驗要求。各因數(shù)的權重矩陣向量表達式為：

W＝［0.400，0.062，0.039，0.013，0.062，0.008，0.008，0.008，0.400］。

表6 各影響因素層次總排序

3.4 建立模糊綜合評判矩陣

根據(jù)采礦方法優(yōu)選的定量與定性指標，利用式（2）～（8）對評價指標進行無量綱歸一化處理，得到模糊綜合評價矩陣

3.5 模糊綜合評判優(yōu)選

綜上可得各初選采礦方案的綜合優(yōu)越度為：方案一：81.82%，方案二：80.45%，方案三：79.12%。即方案的優(yōu)劣次序為方案一優(yōu)于方案二優(yōu)于方案三，故推薦選用方案一為最優(yōu)的回采方案。

4 結 論

1.殘留礦柱回采過程中的安全性是首要考慮的重點。運用層次分析法對安全、技術、經濟等3個方面進行考慮，選擇頂板安全性、采場生產能力、礦石損失率、礦石貧化率、采切比、通風條件、生產管理難度、實施難易程度和采礦直接成本等指標，應用層次分析法建立了一套用于采礦方案綜合評價的指標體系。

2.結合河北某金礦殘留礦柱的賦存特點，根據(jù)層次分析法與模糊數(shù)學的基本原理，確定了各層次之間的判斷矩陣，得出了合理的權重矩陣，建立了回采方案優(yōu)選的模糊綜合評判模型。

3.利用層次分析與模糊數(shù)學相結合的方法優(yōu)選的回采方案，技術合理，回采安全性好。