丘永富

（新疆金寶礦業(yè)有限責任公司，新疆 阿勒泰 836100）

我國諸多礦區(qū)在經(jīng)歷了長時間的開采后，回采巷道的部分位置遭到破壞，出現(xiàn)了圍巖失穩(wěn)的情況，存在較大的安全隱患，直接影響著礦區(qū)生產(chǎn)的效率和安全，因此礦區(qū)回采巷道圍巖的支護安全成為巷道處理中亟待解決的問題。為了較為全面準確地設計回采巷道的支護方案，需要對礦區(qū)回采巷道圍巖的穩(wěn)定性進行評價[1]。為了保證評價結(jié)果的準確性，需要全面科學地獲取礦區(qū)回采巷道的實際形態(tài)，分析回采巷道圍巖的地質(zhì)體數(shù)據(jù)，從而達到提高回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果精度的目的[2]。由于傳統(tǒng)的礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價方法存在工作量大，難以量化等問題，樣本數(shù)據(jù)缺乏實時性，影響了回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價效果。為了給礦區(qū)回采巷道圍巖支護方案的優(yōu)化設計提供可靠的決策支持，需要提出新的礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價方法[3]。本文基于CMS探測技術進行礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價研究，分析影響回采巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素，對控制回采巷道圍巖的穩(wěn)定性提供了重要的參考依據(jù)，對保證礦區(qū)生產(chǎn)的安全性具有現(xiàn)實意義。

1 工程概況

本文研究區(qū)域礦區(qū)屬于中高山區(qū)，該礦區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，但地形較為復雜，水文條件簡單，礦床中礦體形態(tài)多以層狀礦體分布，還有少量形態(tài)較不穩(wěn)定的脈狀礦體，礦區(qū)內(nèi)礦物主要以銅為主，其中氧化銅礦物相對含量約占76%，銅礦床主要賦存于矽卡巖層中，礦區(qū)內(nèi)脈石主要為白云石和石英，由3段礦段組成礦區(qū)的礦體，礦體厚度在2.3m～11m[4]。該礦區(qū)已開采四十余年，經(jīng)過多年的開采，該礦區(qū)深部回采巷道圍巖存在松散破碎的情況，具有一定的變形和破壞范圍，需要通過多次的返修才能維護回采巷道圍巖的穩(wěn)定，需要對圍巖裂隙發(fā)育狀況和圍巖變形破壞特征進行獲取與分析，并采取適當?shù)膰鷰r穩(wěn)定性評價方法對該礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性進行評價，從而為進一步優(yōu)化回采巷道的支護方案優(yōu)化提供合理的依據(jù)[5]。

圖1 該礦區(qū)回采巷道環(huán)境

2 礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價

2.1 基于CMS探測技術獲取回采巷道掃描數(shù)據(jù)

本文基于CMS探測技術對礦區(qū)回采巷道圍巖進行掃描，利用三維激光測量系統(tǒng)獲取回采巷道空間內(nèi)圍巖的數(shù)據(jù)信息，該系統(tǒng)利用激光掃描頭深入回采巷道，通過控制器將激光掃描頭進行無死角的旋轉(zhuǎn)，采集回采巷道距離和角度數(shù)據(jù)，從掃描目標的整體到局部探測完整的三維數(shù)據(jù)坐標，掃描順序自上而下，從左到右，以步進方式逐步完成掃描，在掃描過程中按照控制人員預先設定的掃描角度不斷進行多輪次的掃描，收集圍巖結(jié)構(gòu)以及形態(tài)等數(shù)據(jù)，具體掃描過程如圖2所示[6]。

圖2 CMS回采巷道掃描過程

由圖2可知掃描頭探測過程中的原理，通過掃描探測點模擬出的模型來對掃描目標的原形進行還原，CMS原始探測數(shù)據(jù)通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄器進行記錄，并以.txt格式進行存儲，在數(shù)據(jù)分析前，需要將原始數(shù)據(jù)進行格式的轉(zhuǎn)換與處理，并利用CMS的分析軟件分析掃描采集得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)全面處理后，得到礦區(qū)內(nèi)回采巷道圍巖結(jié)構(gòu)形變﹑結(jié)構(gòu)位移變化，回采巷道距離和面積等數(shù)據(jù)，為后文進行圍巖穩(wěn)定性評價提供數(shù)據(jù)來源[7]。為了更好地評價礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性，建立坐標系反映巷道圍巖結(jié)構(gòu)和巖性的三維地質(zhì)模型，生成三角網(wǎng)格表示的回采巷道模型，使礦體和巖層集成在同一環(huán)境中，為后文進行圍巖穩(wěn)定性評價提供數(shù)據(jù)來源。

2.2 根據(jù)掃描數(shù)據(jù)選取圍巖穩(wěn)定性評價指標

對礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性的影響因素是由具體指標來體現(xiàn)的，本文所選擇的評價指標是結(jié)合上文獲取的巷道圍巖數(shù)據(jù)，通過對回采巷道圍巖的詳細分析，將不重要的影響因素進行過濾，進一步篩選評價指標，根據(jù)礦區(qū)生產(chǎn)安全管理的實際情況以及基于CMS探測得到的數(shù)據(jù)，以巷道地質(zhì)條件，支護情況﹑施工情況和圍巖變形監(jiān)測這4類作為評價單元，共選取評價指標20個，構(gòu)建礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價體系，具體如表1所示。

表1 礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價體系

由表1可知本文所選取的21個評價指標，為了保證本文數(shù)據(jù)選取的合理性，本文對評價指標選取進行檢驗，根據(jù)指標選取的數(shù)據(jù)方差和與初選直報數(shù)據(jù)方差和之比，驗證本文最終選取的上述指標是否合理，計算公式為：

2.3 確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評價指標權重

為確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評價指標權重，構(gòu)建評價判斷矩陣，量化各評價指標，具體判斷矩陣為：

式中m為評價目標組成的目標對象集數(shù)量，n為評價指標組成的指標集數(shù)量，計算各指標權重，具體公式為：

式中xij的取值是通過下層因素yi和yj的影響之比決定的，經(jīng)過權重計算，對判斷矩陣進行層次單排序處理，得到各評價指標的權重及排序結(jié)果，具體如表2所示。

表2 各評價指標權重及排序結(jié)果

根據(jù)表2得到的各評價指標權重值和排序結(jié)果，進行一致性檢驗，具體公式為：

式中CR為隨機一致性比例，CI和RI分別為一致性指標和隨機一致性指標的平均值，當CR小于0.10時，認為結(jié)果的一致性是滿意的[9]。

3 評價結(jié)果與討論

根據(jù)各評價指標權重以及現(xiàn)場CMS探測數(shù)據(jù)，對礦區(qū)回采巷道的圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果劃分穩(wěn)定等級劃分為6個等級，具體如表3所示。

表3 礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性等級

由表3可知，本文礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價的等級劃分情況，本文利用構(gòu)建的隸屬度函數(shù)，得到各評價指標的隸屬度值，根據(jù)該值得分對礦區(qū)回采巷道的圍巖穩(wěn)定性等級進行確定，具體公式為：

式中m代表礦山回采巷道深度，各評價指標隸屬度如表4所示。

由表4可知本文礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果，在地質(zhì)條件的評價單元中，采動地壓的隸屬度最高，其穩(wěn)定性等級屬于極不穩(wěn)定，由于該礦區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡單，因此其地下水的隸屬度僅為0.1，證明地下水因素較為穩(wěn)定。支護情況評價單元的總體評價結(jié)果較為理想，大部分評價指標的隸屬度均為0.1，整體等級均在穩(wěn)定等級之上，證明該礦區(qū)回采巷道的支護方法較好，對圍堰穩(wěn)定性影響較小。施工情況評價單元中僅有交接面積和巷道位置為一般穩(wěn)定等級和穩(wěn)定等級，在圍巖變形監(jiān)測評價單元中，圍巖變形位移速率屬于一般穩(wěn)定情況，是影響圍巖穩(wěn)定性的重要因素。本文研究的礦山回采巷道圍巖穩(wěn)定性的綜合得分為0.25，屬于比較穩(wěn)定的評價等級，證明巷道目前圍巖較為穩(wěn)定，但在日常的礦山生產(chǎn)作業(yè)與安全管理中，需要著重對采動地壓和圍巖變形情況進行監(jiān)測，控制回采巷道交接面積，減少因工程產(chǎn)生的應力對巷道圍巖帶來的破壞作用，通過日常巷道支護以及檢修維護，保持礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性。

表4 礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果

4 結(jié)語

本文通過工程概況的簡述，選擇CMS探測技術獲取回采巷道掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)選取圍巖穩(wěn)定性評價指標，確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評價指標權重，完成了本次評價研究，取得了一定的研究成果。

由于時間限制，本文研究還存在著諸多不足，需要進一步完善和改進。因此在今后的研究中，將對礦山回采巷道進行數(shù)值模擬的研究，降低巖性評價指標選取的范圍存在局限性，將不斷優(yōu)化評價方法，使評價結(jié)果更具準確性，增強本文方法在實際應用中的實用性。