周 雄

(湖南新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 邵陽市 422925)

露天轉(zhuǎn)地下隔離頂板安全性綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用

周 雄

(湖南新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 邵陽市 422925)

露天轉(zhuǎn)地下隔離頂板的安全性受眾多因素的影響，根據(jù)以往研究，從工程地質(zhì)條件和環(huán)境影響因素，選取了抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、巖石質(zhì)量RQD值等6個(gè)因素建立其安全性綜合評(píng)價(jià)模型，建立了適合各影響因素的未確知測(cè)度函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行定量分析，利用熵計(jì)算各影響因素的指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)其安全等級(jí)進(jìn)行判定。將該方法應(yīng)用至廠壩鉛鋅礦隔離頂板的安全性評(píng)價(jià)中，其研究結(jié)果顯示：其評(píng)價(jià)結(jié)果較為安全，與實(shí)際情況符合，進(jìn)一步說明了該方法的實(shí)用性和合理性，對(duì)實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。

露天轉(zhuǎn)地下；隔離頂板；安全評(píng)價(jià)；未確知測(cè)度；置信度識(shí)別

0 前 言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)礦產(chǎn)資源的消耗不斷增大，我國礦山開采逐步向深部轉(zhuǎn)移，國內(nèi)越來越多的礦山開始由露天開采轉(zhuǎn)向地下開采。露天轉(zhuǎn)地下開采是個(gè)龐大復(fù)雜的工程系統(tǒng)，而露天坑邊坡的穩(wěn)定性及其預(yù)留安全隔離頂板的安全性是影響礦山穩(wěn)定生產(chǎn)的主要因素[1-4]。在露天轉(zhuǎn)地下過渡期間，往往是通過預(yù)留隔離頂板的方式保證深部礦體開采的安全性，以往的學(xué)者在關(guān)于預(yù)留安全頂板厚度的確定方面進(jìn)行了大量的研究[5-6]，安全隔離頂板厚度的確定是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，如果預(yù)留的太厚，會(huì)造成大量的礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，降低礦山經(jīng)濟(jì)效益，造成資源浪費(fèi)，如果預(yù)留太薄，則易出現(xiàn)垮塌，為地下開采留下安全隱患。

未確知測(cè)度理論是不同于模糊數(shù)學(xué)、灰色理論和隨機(jī)信息等新的不確定信息，國內(nèi)的一些學(xué)者將該方法引入到了邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[7]、泥石流危害預(yù)測(cè)[8]、充填管道堵塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[9]等領(lǐng)域，并取得很好的效果，本文將該方法引入到露天轉(zhuǎn)地下預(yù)留隔離頂板安全性評(píng)價(jià)問題中，在分析影響隔離頂板安全性主要影響因素的基礎(chǔ)上，通過未確知測(cè)度理論對(duì)其進(jìn)行定量分析，其評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)情況符合，未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型在評(píng)價(jià)該方面更加科學(xué)有效。

1 未確知測(cè)度理論

1.1 單指標(biāo)測(cè)度

假設(shè)μijk=μ(xij∈ck)為測(cè)量值xij屬于第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Ck的程度，且滿足以下要求：

0μ(xij∈ck)1

(1)

μ(xij∈U)=1

(2)

(3)

公式(2)為體現(xiàn)了μ的“歸一性”，公式(3)則體現(xiàn)了μ的可加性，滿足(1)～(3)的μ被稱為未確定測(cè)度，簡稱測(cè)度。

矩陣(μijk)m×p被稱為單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣，矩陣表達(dá)式為：

(4)

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

假設(shè)wj表示測(cè)量指標(biāo)Xj與其他的指標(biāo)相對(duì)重要的程度，并滿足0wj1，0wj1，那么稱wj為Xj的權(quán)重，那么向量被稱為指標(biāo)權(quán)重向量。通過熵確定指標(biāo)權(quán)重，即：

(5)

(6)

通過公式(4)、(5)和(6)可算出wj。

1.3 多指標(biāo)綜合測(cè)度

設(shè)μik=μ(Ri∈Ck)是關(guān)于評(píng)價(jià)Ri第k個(gè)評(píng)價(jià)類的程度，即有：

(7)

1.4 置信度識(shí)別

若C1>C2>C3>...>Cp，則令：

(8)

式中，λ為置信度(λ≥0.5)。

通過引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則，從而對(duì)研究對(duì)象做出評(píng)價(jià)。

2 露天轉(zhuǎn)地下隔離頂柱安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

露天轉(zhuǎn)地下隔離頂柱的安全性對(duì)礦山的安全生產(chǎn)有著重要影響，隔離頂住的安全性受到眾多因素的影響，根據(jù)以往的研究，其穩(wěn)定性主要與巖石的力學(xué)參數(shù)(抗壓、抗拉強(qiáng)度)、隔離頂板的厚度、露天邊坡的高度、露天坑內(nèi)積水程度、巖石質(zhì)量RQD值和地下采礦方法等因素的影響，因此，選取以上6個(gè)影響因素作為評(píng)價(jià)隔離頂柱的安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、巖石質(zhì)量RQD值和隔離頂板厚度為定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，地下采礦方法、坑內(nèi)積水為定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)，未確知測(cè)度理論的評(píng)價(jià)方法，將單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為四個(gè)等級(jí)，即安全(C1)、較安全(C2)、一般(C3)、危險(xiǎn)(C4)四個(gè)等級(jí)，其個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。

表1 露天轉(zhuǎn)地下隔離頂板安全性評(píng)價(jià)定量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 隔離頂板安全性評(píng)價(jià)定性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建立適合各指標(biāo)的未確知測(cè)度函數(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)如圖1所示。

3 工程實(shí)例

廠壩鉛鋅礦位于甘肅南部，現(xiàn)具有300萬t每年的采選能力，礦山初期未露天開采，后轉(zhuǎn)入地下開采，礦山位于秦嶺褶皺構(gòu)造帶上，地質(zhì)條件復(fù)雜，境界頂板的穩(wěn)定性對(duì)礦山的安全生產(chǎn)有著重要的影響，設(shè)計(jì)預(yù)留頂板的厚度為27 m，為保證深部礦體的安全高效開采，需對(duì)其預(yù)留頂板的安全性做出綜合評(píng)價(jià)。利用未確知測(cè)度理論的隔離頂板安全性評(píng)價(jià)模型對(duì)該礦預(yù)留頂板進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取值，該礦山的隔離頂板的安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 礦山隔離頂板安全評(píng)級(jí)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

根據(jù)表1、表2各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算可得礦山隔離頂板安全評(píng)價(jià)的單指標(biāo)矩陣，評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為：

(9)

圖1 單指標(biāo)未確知函數(shù)

3.1 多指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣的計(jì)算

3.2 置信度識(shí)別

運(yùn)用公式(8)對(duì)樣本做出最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，本文取置信度λ=0.6，從大到小，k2=0.7>0.6，故該礦露天轉(zhuǎn)地下隔離頂板綜合安全性評(píng)價(jià)等級(jí)為C2較安全級(jí)別。從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，隔離頂板保存狀態(tài)很好，多年來未發(fā)生坍塌破壞，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況較為符合。

4 總 結(jié)

本文通過未確知測(cè)度理論建立露天轉(zhuǎn)地下隔離頂板安全性評(píng)價(jià)模型，并將該模型應(yīng)用于廠壩鉛鋅礦隔離頂板的安全性評(píng)價(jià)中，分析了多因素作用下隔離頂板的安全性，主要結(jié)論如下：

(1) 通過分析露天轉(zhuǎn)地下礦山隔離頂板主要影響因素，選取了抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、巖石質(zhì)量RQD值等6個(gè)因素，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立隔離頂板安全性綜合評(píng)價(jià)體系模型。

(2) 將該方法應(yīng)用于廠壩鉛鋅礦隔離頂板的安全性綜合評(píng)價(jià)中，計(jì)算結(jié)果表明該礦山隔離頂板的安全等級(jí)為C2級(jí)，為較安全級(jí)別，與現(xiàn)場(chǎng)情況較為符合。

(3) 該方法采用熵理論確定各指標(biāo)的影響權(quán)重，并采用置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)安全性進(jìn)行分級(jí)，具有一定的客觀性，避免了因人為主觀評(píng)價(jià)對(duì)結(jié)果的影響，該方法為礦山隔離頂板的安全性評(píng)價(jià)提出了一個(gè)新的思路，其評(píng)價(jià)結(jié)果可靠，具有一定的工程實(shí)用性。

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2014-06-23)

周 雄(1972-)，男，湖南岳陽人，碩士，地質(zhì)工程師，Email:zhouxiong1972@163.com。