巖體可崩性分級研究及綜合評判

李志超，李 帆，郭洪泉，蔣洪林

·采 選·

巖體可崩性分級研究及綜合評判

李志超1，3，李 帆2，郭洪泉3，蔣洪林2

（1.湖南食品藥品職業(yè)學(xué)院，湖南長沙 410208；2.云南錫業(yè)股份有限公司采選分公司，
云南個舊 661000；3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長沙 410083）

針對云南錫業(yè)股份有限公司西凹生產(chǎn)區(qū)，通過巖石力學(xué)試驗得到研究對象的力學(xué)參數(shù)，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)RMR系統(tǒng)巖體質(zhì)量評價方法，得到西凹生產(chǎn)區(qū)不同巖體的巖體質(zhì)量評價評分，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分別運用RQD值評價法、RMR值評價法對研究范圍內(nèi)的礦巖體的可崩性分別進(jìn)行評價，對于得到的三種評價結(jié)果，利用層次分析法AHP和模糊綜合評判Fuzzy理論對幾種方法的分級結(jié)果進(jìn)行了量化處理和權(quán)重分析，綜合分析得出了合理可靠的可崩性評價結(jié)果。

可崩性研究；自然崩落法；AHP－Fuzzy理論

對于擬采用自然崩落法作為主要采礦方法的礦山來說，礦巖可崩性研究是判斷該方法是否可行的中心內(nèi)容。在自然崩落法的采礦設(shè)計中，回采順序、拉底方向及拉底面積、出礦方式、放礦管理等內(nèi)容都至關(guān)重要，其設(shè)計的依據(jù)關(guān)鍵是可崩性研究?？杀佬栽u價經(jīng)歷了很長時間的發(fā)展，幾十年前，L.Obert和A.E.Long［1］提出了地震波能量衰減系數(shù)評價法；R.Kendrick［2］在對兩個礦進(jìn)行可崩性評價時發(fā)現(xiàn)，RQD，即巖石質(zhì)量指標(biāo)，與可崩性之間存在較為明顯的線性關(guān)系，并提出了可崩性指數(shù)評價方法；E.T.Brown和G.A.Ferguson［3］在之后幾年提出了節(jié)理面強(qiáng)度修正后的RQD值分級法；D.H.Laubscher［4］提出了地質(zhì)力學(xué)分級法。在近年來國內(nèi)外學(xué)者也在可崩性評價上做了一些研究與發(fā)展，并應(yīng)用于指導(dǎo)具體工程施工。宋明軍［5］等通過對Monte－carlo的技術(shù)原理的分析，利用Makeblock軟件系統(tǒng)對金川Ⅲ號礦區(qū)礦巖進(jìn)行了可崩性評價，評價結(jié)果及現(xiàn)場施工結(jié)果證明了Monte－carlo模擬法對礦巖可崩性評價是可靠的。馮興?。?～8］等基于Mathews穩(wěn)定圖對金川Ⅲ礦區(qū)建立了可崩性分級的模型，并用了新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法重現(xiàn)了三維工程巖體模型和塊段模型，以此模型為基礎(chǔ)，對金川Ⅲ號礦區(qū)礦巖可崩性分級表明，礦巖可崩性屬于中等偏上，與生產(chǎn)實際相符；宋軍明等還驗證了Laubscher崩落圖法是用于可崩性評價中較為成熟的一種方法；賈明濤［9］等基于區(qū)域化變量及RMR評價體系對研究對象進(jìn)行了礦巖質(zhì)量評價，驗證了所提方法的可行性。

1 工程背景

云南錫業(yè)股份有限公司西凹生產(chǎn)區(qū)內(nèi)為接觸帶硫化礦床，主體屬于傾斜、緩傾斜薄至中厚以上礦體，呈透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，礦石一般呈致密塊狀、堅硬，穩(wěn)固性好，f＝8～12，但局部被氧化或半氧化后礦石呈土狀、結(jié)構(gòu)疏松不穩(wěn)固，f＝2～4。礦體頂板為中等穩(wěn)固的大理巖、含泥質(zhì)大理巖等，f＝6～8，一般不需要支護(hù)；礦體底板為風(fēng)化、半風(fēng)化花崗巖，f＝4～15，多需要加強(qiáng)支護(hù)。依據(jù)巖性、結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度，以及礦山基建和礦山生產(chǎn)實踐，將礦床及其近礦圍巖劃分為三個工程地質(zhì)巖組，即：蝕變花崗巖組、塊狀花崗巖組和大理巖組。根據(jù)鉆孔取樣、試樣加工過程結(jié)合試驗結(jié)果表明，該礦段塊狀花崗巖物理力學(xué)性能較好，較穩(wěn)固，含礦花崗巖則較為破碎松散，難以取得10 cm以上巖芯，且抗壓、抗拉強(qiáng)度均較低。該礦體遠(yuǎn)離礦脈部分的花崗巖整體性較好、裂隙不發(fā)育，而靠近礦脈的花崗巖則較破碎，裂隙發(fā)育、巖體完整性較差。針對該情況，初步考慮使用自然崩落法，非常有必要對礦巖可崩性進(jìn)行評價。

2 基于巖體質(zhì)量評價的礦巖可崩性分級結(jié)果

礦巖可崩性是衡量礦體發(fā)生自然崩落的難易程度，對可崩性的研究是自然崩落法研究中不可缺少的首要工作，同時對礦巖體的可崩性進(jìn)行客觀評價是后續(xù)崩落規(guī)律研究的前提和基礎(chǔ)，因此對礦巖體的可崩性研究具有十分重要的意義。礦巖的可崩性研究是一項比較復(fù)雜的系統(tǒng)過程，其評價方法經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，其中目前使用最為廣泛的是在巖體質(zhì)量評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖體質(zhì)量指標(biāo)或參數(shù)與可崩性之間的對應(yīng)關(guān)系，對礦巖的可崩性進(jìn)行評價。根據(jù)巖石力學(xué)試驗、工程地質(zhì)調(diào)查等工作，分析計算西凹生產(chǎn)區(qū)大理巖巖體的RMR巖體質(zhì)量評價得分為63，其RMR系統(tǒng)評價等級為Ⅲ，屬于一般巖體；主體花崗巖巖體（不含礦）的RMR巖體質(zhì)量評價得分為52，其RMR系統(tǒng)評價等級為Ⅳ，屬于一般巖體；蝕變花崗巖巖體（含礦）的RMR巖體質(zhì)量評價得分為20，其RMR系統(tǒng)評價等級為Ⅳ，屬于很差巖體。

在巖體質(zhì)量評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別對礦巖體的可崩性進(jìn)行了評價，其評價結(jié)果如下。

2.1 運用RQD值評價法進(jìn)行礦巖可崩性評價

RQD值與巖體可崩性之間的關(guān)系見表1，根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系對研究范圍內(nèi)的礦巖體的可崩性評價結(jié)果見表2。2.2 RMR值評價法的礦巖可崩性評價

表1 RQD值與礦巖可崩性之間的關(guān)系

表2 RQD值評價法的礦巖可崩性評價結(jié)果

RMR值與巖體可崩性及礦巖破碎特征之間的關(guān)系見表3，根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系對研究范圍內(nèi)的礦巖體的可崩性評價結(jié)果見表4。2.3 可崩性評價結(jié)果匯總及分析

表3 RMR值與礦巖可崩性之間的關(guān)系

表4 RMR評價法的礦巖可崩性評價結(jié)果

研究范圍內(nèi)礦巖可崩性分級和評價結(jié)果見表5。

表5 研究范圍內(nèi)礦巖可崩性分級和評價結(jié)果匯總

根據(jù)上述巖體質(zhì)量法中的RQD值評價法、RMR值評價法的評價結(jié)果初步分析可知，上述方法對可崩性分級及其描述大體一致，但是由于上述所得到的可崩性分級和評價結(jié)果有3種，為了確定最終的可崩性分級和評價結(jié)果，還需要進(jìn)一步對各方法的評價結(jié)果進(jìn)行深入的綜合分析。

3 基于AHP－Fuzzy理論的可崩性評價結(jié)果綜合分析

3.1 模型的建立

此次可崩性評價所使用的方法共有3種，為了充分考慮各方法可崩性評價結(jié)果的影響作用，以得出最終綜合的可崩性評價結(jié)果，此次可崩性評價結(jié)果綜合分析模型的建立采用AHP－Fuzzy理論中的加權(quán)平均型綜合評判模型。

1.基本的層次模型：設(shè)最終綜合的可崩性評價結(jié)果為目標(biāo)層A，各可崩性評價方法的評價結(jié)果為子層級B，各類型巖體的可崩性為更次一層級C，它們之間的層次關(guān)系如圖1所示。

圖1 可崩性評價結(jié)果綜合分析AHP模型

2.可崩性分級指標(biāo)及分值和值域的量化：根據(jù)上述兩種可崩性評價方法的標(biāo)準(zhǔn)，對其分值和值域分別進(jìn)行量化處理，其結(jié)果見表6。根據(jù)表6可知B層各評價結(jié)果對A目標(biāo)層的權(quán)重值即為一維行向量F＝［0，0.25，0.50，0.75，1］。

表6 可崩性分級指標(biāo)及分值和值域的量化結(jié)果

3.對上一節(jié)的礦巖可崩性分級結(jié)果（根據(jù)巖體質(zhì)量指標(biāo)值）進(jìn)行量值化和歸一化處理，得到最低層級C的各因素對上一層級B的隸屬度，并由此得到可崩性評價結(jié)果綜合分析的模糊評判矩陣R。

4.最后，根據(jù)所建立的模糊評判矩陣和權(quán)重矩陣運用公式A＝F·R即可算出并確定最終的分級結(jié)果。

3.2 礦巖可崩性評價方法的優(yōu)選結(jié)果

根據(jù)表5中的巖體分級數(shù)據(jù)和可崩性分級結(jié)果，對其分別進(jìn)行量化處理和歸一化處理，其處理結(jié)果分別見表7和表8。根據(jù)歸一化處理之后的結(jié)果對各類型巖體的各級別數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，即可得到此次可崩性評價方法優(yōu)選的最終的模糊評判矩陣R，如公式（1）所示。最后，根據(jù)上述評價模型建立的基本步驟便可計算出上述兩種可崩性評價方法的最大隸屬度的數(shù)值，然后即可對其優(yōu)劣進(jìn)行排序和分析。

表7 礦巖體可崩性分級數(shù)據(jù)量化處理結(jié)果

表8 礦巖體可崩性分級數(shù)據(jù)歸一化處理結(jié)果

運用加權(quán)平均模型對各方案進(jìn)行評價，計算所得到的最終結(jié)果為：

A＝F·R

根據(jù)上述Fuzzy最終計算結(jié)果可知，上述兩種礦巖可崩性分級方法所得到的最終計算結(jié)果為0.666 7～0.855 4，在0.60～0.90的范圍內(nèi)，礦巖的總體可崩性屬于Ⅲ級中等可崩到Ⅳ級易崩，破碎的礦巖大塊較少，礦巖破碎特征屬于中等破碎到破碎。

4 結(jié) 論

西凹生產(chǎn)區(qū)礦體由多種不同巖性的巖體組成，運用RQD值評價法、RMR值評價法對研究范圍內(nèi)的礦巖體的可崩性進(jìn)行評價，可分別得到對某種巖性的評價結(jié)果。應(yīng)用某一方法對其中一種巖性的評價結(jié)果來評價整個生產(chǎn)區(qū)的可崩性顯然不太合理，可以利用層次分析法AHP和模糊綜合評判Fuzzy理論對幾種方法的分級結(jié)果進(jìn)行量化處理和權(quán)重分析，通過綜合分析得出合理可靠的可崩性評價結(jié)果。

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Study on the Classification of Rock M ass Cavability and Its Com prehensive Evaluation

LIZhi-chao1，3，LIFan2，GUO Hong-quan3，JIANG Hong-lin2
（1.Hunan Food and Drug Vocational College，Changsha 410208，China；2.Yunnan Tin Co.，Ltd.，Gejiu 661000，China；3.School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China）

For the Xi＇ao production area of Yunnan Tin Co.，Ltd，the mechanical parameters of the study object are obtained by rock mechanical tests.Combined with the engineering geological investigation，using the RQD value evaluation method and RMR evaluation method to study the ore rock mass cavability within the scope is evaluated. On this basis，the use of weighted average comprehensive evaluation model of AHP-Fuzzy theory is analyzed comprehensively，and the results show that the total cavability of rockmass belongs to grade IIImedium collapse to IV easy to collapse.

cavability study；natural cavingmethod；AHP-Fuzzy theory

TD852

A

1003－5540（2016）04－0001－04

2016－07－02

李志超（1980－），男，高級工程師，主要從事采礦工藝技術(shù)研究工作。