丘永富

（新疆金寶礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 阿勒泰 836100）

我國(guó)諸多礦區(qū)在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)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(hù)安全成為巷道處理中亟待解決的問(wèn)題。為了較為全面準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)回采巷道的支護(hù)方案，需要對(duì)礦區(qū)回采巷道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要全面科學(xué)地獲取礦區(qū)回采巷道的實(shí)際形態(tài)，分析回采巷道圍巖的地質(zhì)體數(shù)據(jù)，從而達(dá)到提高回采巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法存在工作量大，難以量化等問(wèn)題，樣本數(shù)據(jù)缺乏實(shí)時(shí)性，影響了回采巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)效果。為了給礦區(qū)回采巷道圍巖支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)方法[3]。本文基于CMS探測(cè)技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究，分析影響回采巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素，對(duì)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(duì)保證礦區(qū)生產(chǎn)的安全性具有現(xiàn)實(shí)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(fù)雜，水文條件簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)采四十余年，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)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(guò)多次的返修才能維護(hù)回采巷道圍巖的穩(wěn)定，需要對(duì)圍巖裂隙發(fā)育狀況和圍巖變形破壞特征進(jìn)行獲取與分析，并采取適當(dāng)?shù)膰鷰r穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法對(duì)該礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而為進(jìn)一步優(yōu)化回采巷道的支護(hù)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(píng)價(jià)

2.1 基于CMS探測(cè)技術(shù)獲取回采巷道掃描數(shù)據(jù)

本文基于CMS探測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)回采巷道圍巖進(jìn)行掃描，利用三維激光測(cè)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(guò)控制器將激光掃描頭進(jìn)行無(wú)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(biāo)的整體到局部探測(cè)完整的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)，掃描順序自上而下，從左到右，以步進(jìn)方式逐步完成掃描，在掃描過(guò)程中按照控制人員預(yù)先設(shè)定的掃描角度不斷進(jìn)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(guò)程如圖2所示[6]。

圖2 CMS回采巷道掃描過(guò)程

由圖2可知掃描頭探測(cè)過(guò)程中的原理，通過(guò)掃描探測(cè)點(diǎn)模擬出的模型來(lái)對(duì)掃描目標(biāo)的原形進(jìn)行還原，CMS原始探測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄器進(jìn)行記錄，并以.txt格式進(jìn)行存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)分析前，需要將原始數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)來(lái)源[7]。為了更好地評(píng)價(jià)礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性，建立坐標(biāo)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(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.2 根據(jù)掃描數(shù)據(jù)選取圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性的影響因素是由具體指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)的，本文所選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)是結(jié)合上文獲取的巷道圍巖數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)回采巷道圍巖的詳細(xì)分析，將不重要的影響因素進(jìn)行過(guò)濾，進(jìn)一步篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)礦區(qū)生產(chǎn)安全管理的實(shí)際情況以及基于CMS探測(cè)得到的數(shù)據(jù)，以巷道地質(zhì)條件，支護(hù)情況﹑施工情況和圍巖變形監(jiān)測(cè)這4類(lèi)作為評(píng)價(jià)單元，共選取評(píng)價(jià)指標(biāo)20個(gè)，構(gòu)建礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系

由表1可知本文所選取的21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為了保證本文數(shù)據(jù)選取的合理性，本文對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)指標(biāo)選取的數(shù)據(jù)方差和與初選直報(bào)數(shù)據(jù)方差和之比，驗(yàn)證本文最終選取的上述指標(biāo)是否合理，計(jì)算公式為：

2.3 確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建評(píng)價(jià)判斷矩陣，量化各評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體判斷矩陣為：

式中m為評(píng)價(jià)目標(biāo)組成的目標(biāo)對(duì)象集數(shù)量，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的指標(biāo)集數(shù)量，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，具體公式為：

式中xij的取值是通過(guò)下層因素yi和yj的影響之比決定的，經(jīng)過(guò)權(quán)重計(jì)算，對(duì)判斷矩陣進(jìn)行層次單排序處理，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重及排序結(jié)果，具體如表2所示。

表2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及排序結(jié)果

根據(jù)表2得到的各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值和排序結(jié)果，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，具體公式為：

式中CR為隨機(jī)一致性比例，CI和RI分別為一致性指標(biāo)和隨機(jī)一致性指標(biāo)的平均值，當(dāng)CR小于0.10時(shí)，認(rèn)為結(jié)果的一致性是滿意的[9]。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重以及現(xiàn)場(chǎng)CMS探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)礦區(qū)回采巷道的圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果劃分穩(wěn)定等級(jí)劃分為6個(gè)等級(jí)，具體如表3所示。

表3 礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)

由表3可知，本文礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的等級(jí)劃分情況，本文利用構(gòu)建的隸屬度函數(shù)，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，根據(jù)該值得分對(duì)礦區(qū)回采巷道的圍巖穩(wěn)定性等級(jí)進(jìn)行確定，具體公式為：

式中m代表礦山回采巷道深度，各評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)結(jié)果，在地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)單元中，采動(dòng)地壓的隸屬度最高，其穩(wěn)定性等級(jí)屬于極不穩(wěn)定，由于該礦區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)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(hù)情況評(píng)價(jià)單元的總體評(píng)價(jià)結(jié)果較為理想，大部分評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度均為0.1，整體等級(jí)均在穩(wěn)定等級(jí)之上，證明該礦區(qū)回采巷道的支護(hù)方法較好，對(duì)圍堰穩(wěn)定性影響較小。施工情況評(píng)價(jià)單元中僅有交接面積和巷道位置為一般穩(wěn)定等級(jí)和穩(wěn)定等級(jí)，在圍巖變形監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)等級(jí)，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(duì)采動(dòng)地壓和圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制回采巷道交接面積，減少因工程產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)巷道圍巖帶來(lái)的破壞作用，通過(guò)日常巷道支護(hù)以及檢修維護(hù)，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(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)工程概況的簡(jiǎn)述，選擇CMS探測(cè)技術(shù)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(píng)價(jià)指標(biāo)，確定礦區(qū)回采巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，完成了本次評(píng)價(jià)研究，取得了一定的研究成果。

由于時(shí)間限制，本文研究還存在著諸多不足，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。因此在今后的研究中，將對(duì)礦山回采巷道進(jìn)行數(shù)值模擬的研究，降低巖性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的范圍存在局限性，將不斷優(yōu)化評(píng)價(jià)方法，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具準(zhǔn)確性，增強(qiáng)本文方法在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性。