基于灰色关联层次分析的点柱稳定性研究

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在采用点柱采矿法开采的地下矿山,随着开采活动的不断进行,采场的稳定安全问题变得突出,而矿柱尤其点柱是决定采场稳定状态的重要结构单元,对采场起支撑作用,不但维护着采场顶板及围岩的稳定性,而且稳定的点柱对采场矿石回收率的提高有极大的潜在作用,因此点柱稳定性日益成为影响采场安全、制约生产的重要问题。但由于点柱稳定性影响因素复杂众多,辨别这些因素以及判断它们的重要性也就成为点柱稳定性研究的难点之一。点柱法采场的关键之一就是保证点柱结构体系安全稳定,这是采用点柱法矿山必须解决的重大技术问题。本文以三山岛金矿为实例,对点柱式充填法采场点柱稳定性问题进行了研究,主要研究内容及成果包括:(1)对影响矿柱稳定性因素进行了详细分析,采用层次分析法(AHP)建立影响矿柱稳定性因素重要性分析层次模型,从地质因素、设计因素和施工因素等方面考虑,指出影响点柱稳定性的因素主要有:开采方法、点柱截面大小与形式、点柱跨度、点柱高度、矿体特征及赋存条件、矿岩理化性质、原岩应力及天然地震、开采深度、水文地质条件、爆破条件、支护条件、充填及出矿作业影响等,之后运用该模型对影响三山岛金矿点柱法采场点柱稳定性因素的重要性进行了评价,结果表明:点柱的截面大小、原岩应力状态、多次重复的采场爆破、点柱的跨度是影响点柱稳定性的四个主要因素。(2)在对影响三山岛金矿点柱法采场点柱稳定性因素的重要性进行分析之后,选取三山岛金矿井下不同的点柱法采场中的比较有代表性的四个点柱样本24015#五分层二区DZ201#点柱(样本S1)、32000#三分层DZ303#点柱(样本S2)、24079#二分层3#DZ201#点柱(样本S3)和24063#三分层二区DZ302#点柱(样本S4),在层次分析法确定点柱稳定性影响因素权重(重要性)的基础上,采用灰色关联度分析法,分析了四个在不同工况条件下的点柱的危险性问题,并且与矿山实际生产过程中的点柱的安全性进行对比验证,结果表明,该法评价结论基本符合点柱工作的实际情况。(3)根据灰色关联层次分析法对不同工矿条件下的点柱样本进行分析后,结合现场所安设的多点位移计和钻孔应力计的测量结果,通过分析验证了采用灰色关联层次分析法分析点柱的稳定性是合理、安全、可靠的,与现场吻合得很好,符合工程实际情况,同时针对不同工况条件下的点柱稳定性的分析结论,对评价结论为相对不稳定的点柱样本,提出了一些改进方法和途径。本文借助于成熟的层次分析法和灰色关联度理论,对点柱法矿山采场当中的核心问题——点柱稳定性进行研究,立足于解决采矿生产的实际问题,所做的研究工作对地下矿产资源安全、经济、合理的开采具有较为重要的理论意义和工程应用价值。
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