用模糊数学方法综合评价采场稳定性.pdf

，1， ， ， 1 用模糊数学方法综合评价采场稳定性 ／ ． ／ 长 沙 矿 山 研 究院 S m U t] ／ ／ t 一一 j [ t ill本文在叁考有关岩体工程丹麦的基础上． 用模糊数学方法，根据采场的具体情况． 造取六十团素怍为影晌栗场稽定毪因素的主要参数，把对单十 参数的位劣译债观为采蚜趋定世荨撬玲 域上的模糊子集，提出了综台评价采场稳定性的模糊数学方法，茸结青实例．进行验证． 关 键 词 稳 定 性 评 价 t 写 喜 芝 芝若 _≠乃 1 } 】 言 采掘 工程是一类 极其复杂的 结构物 。其 稳 定性 受到各种因素 的影响 ，诸如岩性 、岩 体 结构 ，地质 构造 ，水 文地 贯 条 件 ，地 应 力 、采 场的 空间形 态 、尺寸 及作业 方式等 。 因此 。在 过去相 当长的时期 内 ，人 们对 采场 稳窟睦的评价一直沿用极稳定 ，稳定、中等 稳定 、不稳和极 不稳定等概念 进行 分类。采 用单个指标的，如普氏分类 、太沙基分类。 采用 复舍 指标 分类 的 ，如 G s I R 岩 体工 翟 分 类 、NGI 隧道 质量指标 工程分类 ，使 岩体质 量的评价有了长足进步，也促进了采场稳定 性分类 。但是 由于工程地质 条件和 环境 的千 变万化 ，开 采条件及采矿方 法也有差 别，同 一 采场的岩性 也不尽相同，测 定的力 学参数 有很大的不确定性，所有越些都影响到人们 对采场稳定性作出确切j 乎 价 由此可见 ，影响采 场稳定性 因素 的重要 程 度．力学 参数的 测定 值，都具有 明显的 不 确 定性 。 即模糊性 。本文在 参考有 关工程 岩 体质量 评价成 果的基础 上，应用模糊教学 方 法综 合评价采场稳 定性 。 2 综合评价 的模型 影响采场稳定性的因素有岩性 、岩体的 坚硬程度、岩体的完整性、岩体的结构特性 ⋯⋯ 等，着 眼其中几个 可度 量的因素 ，组成 因素集合，U { u ，U z ，⋯，t l n } ，采 场 稳 定性 评价，如 极稳 定、稳定 ⋯， 共有m种，． 构成评价 集 合v { v ，v 。 ，⋯，v } ，考 虑 因素集合 中的某个 因素，可作 出对该因素优 劣的 相应评 价， 以r 表示从 第 i 个 因 素 着 眼 ，对 采场稳 定性作 出j 种评 价的 可能程 度 ， 亦即第i 个因素的评价对于k 个等 级 的 隶 属 度 。 其 中r j 】 U U ，u】 ， 0 ≤r 】 ≤1 集 合Rj r j 】 ， m⋯，r E 为 第 i 个因素u 。 的单因素评价，它是v 上的模 糊 子 集。因此，作 出对 因素集合u 中所有因 素 的 评价 ，得 到关 于几个 因素 的总和 的评价矩 阵 R L二 R称为单因素评价矩阵。 人 们对于备 因素 有一 个统一 的权衡，就 是单 独考虑这些因素对 于稳 定 性 所 起 的作 田，它 也存在一 种模 糊关 系 ，因此 可以用隶 属度a i 所构成的一种模糊矩阵 A 来衰 示， 即 A a l ，a 2 ，⋯，a ，其 中 0 ≤a i ≤ 1， n ∑ a i I i筝 l 用模糊数学方法综古评价栗场稳定性博鹤椿 维普资讯 2 ． 1一缀模型 若 已知评价对象的单因素评判矩阵n翻 其隶 属鹰所 构成 的矩阵A，则该 j 乎判对 象 的 评价结果为 B AR b ， b 2 ， ⋯ ⋯ ， b ／ T l l ，T 【 2 ，⋯，r 【 m 1 {r 2 l ， T 2 2 1⋯ ，r 2 m I 日 ， a 2 ， ⋯ ， a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ } l l ＼r口【 ， r q ， ’ ’ ， rt m／ 2 其 中b 的 计算使角广 义模 糊运 算规 射， 选吲加权平均型 算 子M ，0， 即 r t b j ∑ a 。 r j i 1 过 里采甩a ①b rai n t ，a b ，符 ■ 号∑ 表示对n 个数在①运算下求和，即 b mi a1， 由于∑ a I 1 ， 立。故模糊矩阵运算蜕化为普通矩阵运算， n 即b J ∑ a t r ⋯ 若b k ma x b ． ，b 2 ，⋯， i l b - ，则采场稳定性为k 级。 2 ． 2 二级 模型 有耐，组成采场顶、底板的围岩和矿体 之间的物理力学性质 相差 很大 ，则先对 采场 顶，底板种矿体稳定性进行初级评阶，尔后 根据它 们对 采场稳定性 的影 响程度 ，分配一 个权重，再综合评价采场稳定性，这属于多 层次综合评判问题 。当只有两个层次时，得 到二级模 型 。 设u 上的几个因素子集为 l l kl ， 2 ， ⋯，n 看成U 上的n 个单 因 素，将 u 在 u中 所起作 用 大小，确定其权重分配 ，组 成因 素 模 糊 向量 A a k l ，a k 2 ，⋯ ，a 3 把 2式 各u 的评判 结果 B 。 b ⋯ b ⋯，b 作为总的单因索评费矩 阵， 即 厂b ， b【 z ， ⋯ ， b b 2 【 ， b。 2 ， ⋯ ， b2 R ＼ _ b B 【，b日2 ， ⋯ hⅡ Ⅱ 虿 得B A R A ． ／b“， b 。 ， - b2 ， bz 。 ， - 、b日【 ， b n ， 这 就是 二级综 合评 的数学 模型，其 中 B b ，b ，⋯ ，b 为 最后的 评判 结果 。 3 采场稳定性综合评价 如前 所述 ，用 模糊数学评 l价 采 场 稳 定 性，必须解决好两个基本问题 一是确定影 响采场稳 定性 的基本因素， 二是 选取适当的 隶属函数，确定隶属度r 。 选取 影响采场稳定性 的基本因素应尽 可 能地包含众多的信息，并反映主要的影响因 素 ，根据 有 关岩体 工程分类 的成果 及矿 山具 体情况，选取以下六个参量为着跟因素岩 石的单轴抗压强度 ，R Q D 指标 、不连续面间 距、不连续面的C 、 值和反映虚力重新分布 的应力折 减系 数。 隶属 函数 的确定过程 ，本质 上应该是 客 观 的 ，但有一 定的人为技巧 。事实 上还 没有 一 个完全客观的评判标准，在某些场合，可 吸收概 率统 计的处理 结果 ，但在 许 多 情 况 下．通过 不断 “ 学习”和借 鉴他人 的经验来 逐 步修 改和确定 隶属函数。 许多资料表 明，数据虽然分散，但离散 有一定的规律，因此可近似看作正态分布规 律， 一 54 一 有 l 9 0 4 0 、， ●● ● ●● ● ●● ● ●● J n n n b D b r a ∑ 成 匿 1 ≤ r a ∑l一 蚶 维普资讯 即u x e一 i J c 0 6 兰 一＆ 这里 采用按通 常习惯 使用的五 级稳定性 系 数 ，即极稳定 、稳定 、中等稳 定 、不稳定 和极 不稳 定。表 1 是 根据 有 关资料 将六 个基 本影响因素具体化后，制成的单因素指标， 它 是确定 R中r 的基础 。按 6式 所示的 正态 函数 ， 当xa 时 ，u a 1 最大，所 以a 就是 表 1评价因素物理量 的平均值 。另外表 1 所给各级别物理量范围的边界值介予二者 级别之间， 因两种 级别隶 属 度 相 同，令 其 近似等于0 ． 5 ，即 。 一 0 ． 5 7 式 中x 及x 下为该级别 物理 量 的上 下 边 界值 。将 7式两 边取对 数 ，得 1 1 j x x _ F 志 卜 x T 8 计算采场稳定 级别u x 的a ，c 值，并列入 表 2。 寝 I 采 场稳定性 级别单 蠲素 指标 项目名称 极 稳 稳 定 申 稳 币 稳 极不 稳 定 I级 I缀 I级 Ⅳ投 V缀 单 轴抗压 强度 ．MPa l 7 5 2 ∞ l O 5 一 I 7 5 4 5 一 l O 5 3 O 一 4 5 I O 一 蛐 岩石质量指标 Rq D ．嘶 8 5 一l o o T o 一8 5 5 o 一 7 o 2 5 5 0 1 o --2 5 不 连 续 间距 ．m 3 6 I 一 3 o 3 -- I o． 0 5 一 O ． 3 0 O l 一 0 ． 0 5 不 莲续 面 C．MPa o ． 3 一 I ． o o． o ． 3 o ． 1 5 一 O ． 2 o ． I 一 0 1 5 o ． O 5 一 O ． I 强度参 数 ．‘ ’ 3 6 4 5 3 o 一 嘶 2 0 3 o - 0 2 0 5 一 i o 应力折算系数0 ． 5 2 ． 5 2 ． 5 5 5 1 0 1 0 一I 5 I 5 2 o 襄2 采场稳定性级别中u x 的＆ 、c 值 项目名蒋 提 稳 稳 定 申稳 不 稳 极不 稳 定 I缓 I缏 I级 Ⅳ级 缓 单 辖抗压 强度 a l 8 7 ． 5 I 4 0 T 5 3 T 5 2 0 M pa c 1 5． ol 42 ． - 6 3 0． 1 4 9 04 - 2． o5 岩石质量指撼 8 9 2 ． 5 T ． 5 8 0 3 T 5 l T ． 5 RQ D ，晡 c 9 ． o l 9 ． 0 1 I 2 ． o l 1 5 ． o 1 日 ． 0 1 不 连续 间距 a 4 ． 5 2 0 ． 9 5 0． 1 7 5 o． 0 3 m c 1 8 1 ． 2 0． 4z 0． 1 5 0 o 2 4 C a o 0 5 o． 蟠 O． t T 5 0． I 2 5 0． 0 7 5 二 f 连续 面 Pa c O 4 2 0 0 6 o ． 0 3 0． 0 3 0 ． 0 3 强度 参数 a 4 0 3 2 5 2 5 - 5 7 ． 5 c 6 ． O 3 0 0 6 ． O I 6 ． 0 l 3 ． O 0 应力析 础 a 1 5 3 ． 7 5 T ． 5 I 2 ． 5 T ． 5 系 数 c - 2 I ． 5 3 ． 0 4 ． 8 7 甩 模 糊数 学 方法凉 台评价 采场 稳定性 傅鹤 林 维普资讯 选样，把评价因素的实际观测及表 2 的 a ，c 代 入 式 6便 可 得 U x 即R中 的 r i J o 4 采场稳定性评价实例 广 西 大厂铜 坑矿9 1 矿体 某采场位 于9 1 。 矿体 的东西端部，其矿体 由裂 隙脉 、层面脉 及星点状矿染组成 ，呈似 层状 ，赋存于 条带 灰岩 和小扁 豆岩 中， 岩 中等稳 固， 节理 裂 隙不发育，完整性良好，力学强度较高。采 场顶板节理裂隙发育，水文地质条件较好， 无地下水活 动和侵蚀 ，矿 体原岩 应力 为构造 应 力所制约 ，该 区采矿工程岩体 明显受其影 响。该 采场使用 V C R法 开采 ，现拟对其 凿岩 硐 室进 行稳 定性评 价。其岩 体质量力学 参数 见表 3， 先对凿岩 硐室顶 、底 板及矿柱 的矿 岩 体进行单 独 稳定 性评价 ，然 后使 用二 级模 型进 行稳 定性 评价。 表3 某 采场 岩体质量 参数厦 其力学参数 顶 板 矿 柱 l底 板 项目名称 D 3 2 D 3 。 。 』 D a I D 3 “ D 8 单 轴抗压 强度 ．M P 岩 津质 量指标 I t Q D．和 。 3 4 『 3 6 5 0 3 7 4 6 不连续 面 参数 C ， M Pa 1 ．T 3 3。 4 4 3。 l 4 3 ．3 3 3． 5 3 不 连续面 间 距 m 0 。 3 4 0． 3 5 0 5 2 0 - 3 0 ． 5 6 应力折碱系数 T 5 l 0 l 0 l 0 5 计算 u x 1 ／ 3 l u 2 X a X ] 参考有 关文 献和根据采场 的实际情况 ， 选择各单 因素 的权重分配为 A 0 ． 1 5 ， 0 ． 1 5 ， 0 ． 2 5 ， 0 ． 2 5 ， 0 ． 1 ， 0 ． 1 根据式 6和 表 2，求 出表 3相对应 的顶板 、矿柱 及底 板的R 分 别为 R2 Rl 0 0． 37 0． 001 0． 5 0． 37 0． 7 7 0． Of l 0 0． 005 0． 1 5 0 0． 002 0． 6 6 0． 4 9 9 0． 1 06 0 0． 81 0． 9 8 0 0 0． 009 0 0． 04 0 0 0 0． 29 8 0 0． 33 0．1 3 0． 03 8 0． 79 0． 00 4 0 0 0． 001 0． 32 0． 6 0． 01 6 0 0． 78 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ． 006 0． 05 6 0． 769 0．0 7 3 0 0 0 0． 49 9 0． 76 0． 31 7 0． 7 9 9 0． 81 6 0 0 0 0 0． 0 7 5 0． 939 0．0 5 5 0 0． 9 39 0 0． Of 1 0 0 0 0 0 0 0 0 ． 006 0 0． 99 6 0．0 55 0 0． 002 0． 499 0． 49 9 0． 0 8 7 0． 0 41 对 上述 三种 采场结构采用初 级模型， 评 定 其稳定，分 别为 B ～ 1 A ～ ～ R1 O． 0 9 5 f l 3 3 8 0 ． 3 7 6 0． 07 3 B 2 ～ 0． 079 B 3 0． 022 0 ． 0 1 3 A R2 ～～ 0 ． 0 3 2 A R3 0 ． 0 4 1 O ． 2 0 3 0． 2 2 2 0 ． 2 2 3 O ． 3 5 5 0 ． 0 8 9 0 ． 2 9 l 由于要进 行的是采场凿岩硐室 稳定性 评 价，其稳定性 是 由顶板 、矿柱 、底 扳综 合决 定的 ，根 据现场 橱查 及参 考 有 关 文 献，顶 扳 、矿柱 和底板权 重分配采用如 下 较 为 合 一 5 6 一 有色矿山 l 9 。 0 鲫 时 ． 一 踟 虬蚰 瞄 4 c蛊 5 8 8 0 9 钳T 维普资讯 ≮ 一 良山铁矿岩石力学设计 长 沙 有 色 冶 金 设 计 研 究 院 墨 璺 丁 9 厂 【 擒耍】 ＆ 计 ，本文舟 -岩 力 面 影 响的缓 倾斜矿 傩矿拄的 短角 相盘 匿方 位提出 了看 法 ． 关键诃岩石力学设计 ，缓倾斜矿柱 绒 砷皓 我院继 良山铁矿岩 石 力 学试验研究 “ 之 后，又 陆续 开展 了 良山矿区采矿方法试验 和 太平山矿区 期工程 设 汁。这两 项工程 应 甩 了岩石 力学试验研究成果 ，突 出了岩石 力 学在 采矿工程试验与设 计中的作 用，实现 了 科研成果 转换成生产力 的 -H标 。 1 矿 山地质概况 良山铁矿位 于赣中铁矿 田中帮，矿床类 型系新 余式 沉积变质 矿床 。区域 地质构造 位 餐在华南准地台湘桂赣褶皱带东部，神l U 复 适 即 A 0 ． 4 0 ． 3 5 0 ． 2 5 采场凿岩 硐室 稳定 性评价为 B Ae． R f B 1 1 A ’ I J 。 。 。 。 ’ r 0 ． 0 9 5 0． 3 8 8 0 ． 3 7 6 0． 0 7 3 0 ． 0 1 3 、 1 0 ． 2 0 3 0 ． 2 2 2 0 ． 2 2 3 0 ． 0 7 9 0 ． 0 3 2 f 0。 3 3 5 0 ． 0 8 9 0 ． 2 0 1 0． 02 2 0 ． 0 4l／ 0 ． 1 9 8 0 ． 2 3 5 0 ． 3 0 1 0 ． 0 6 2 3 0． 0 2 6 进行归一 化处理得 0 ． 2 4 0 ． 2 8 8 0 ． 3 6 6 0 ． 0 7 6 0 ． 0 3 6 按最大隶属原则，采场凿岩硐室稳定性 评价 为 Ⅱ级 ， 即中等 稳定 ，且偏稳 。实际情 况是，此采场使用V C R法回 采，已 回 采 完 学没 计 的一些 基本 原则 和_虹 理方 法 ，并 对 受结构 可 鞋 同行 参考 ， I ／ 瓤 乐 式 倒转 背斜 南翼。 地层为震 旦系 浅变质石英 片岩 。 矿 床被一直 径为 3 5 0 m的花岗岩株 分 割 成东西两个矿区，东部称 良山矿廷，西部称 太平 山矿区 。 地层倾 向西 到北北东 ， 倾 角缓倾 斜到倾 斜， 约1 7 4 5 。 。矿体产状 同地 层 产 状，倾角 以缓颤斜为主 矿石类型有条带状 磁铁石 英片岩和 绿泥磁铁石 英片岩 ，含铁 品 位2 6 ． 6 N2 7 ． 8 ，储量超 过 5 0 0 0 万t 。 近矿 围岩顶板 为二云 母石 英片岩， 底板为绿 泥石 英片岩。 毕。除局 部用锚杆支 护外 ，在 回采过程 中一 直很安 全，未 出现任何 冒顶 、片帮事故 。这 说孵 评价 结果与实际情况 很 吻台。 5 结束语 嗣模 糊数学评债采场 稳定性切 实 可行 ， 是 值得 探索和有 前途的，但 评价团素 的选取 较为 关键，应尽 可能与实 际结 合， 反映真实 情 况。此 外，权重分配 的确 定 由经验 得来 ， 积累和摸索这一方 面的经验 也是一 个主要 问 题。 参考文献 I ． 贺伸雄 ． 模辐数学殛其直用． 天津大学出版社， 1 9 8 7 J 3 2 ～i j 8 2 采 矿设 计 手 册 编 委舍 ． 采 矿设 计手册 2 卷 ． 中国建 筑 工 业出艟 社 ，f 9 ． 1 O 鼬 ～1 1 6 2． 责 压编辑黄燮 中 良山铁矿岩石力学设计 泉晨晖 一 6 7 ～ 维普资讯