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某大型金属矿岩体力学参数确定与采矿方法优选

姜光成  
【摘要】:为确保矿山生产安全和充分回收矿产资源,在矿山基本建设和生产经营中应该围绕岩体力学性质、采场设计、顶板及矿柱的应力分布、矿床开采顺序、采场稳定性、巷道支护技术等方面进行深入研究。本文在现场结构面调查、室内岩性试验、巷道位移测量和地应力测量的基础上,采用理论分析、数值模拟、模糊综合评判等方法,对某大型金属矿岩体力学参数、采矿方法及采场结构参数进行了研究。主要研究内容如下:(1)进行室内岩石力学试验、现场结构面调查、地应力及巷道位移测量,了解掌握矿区岩石的物理力学特征、矿区结构面分布情况、地应力分布规律。(2)基于GSI值量化和修正方法初步确定岩体力学参数取值范围。在总结前人研究成果的基础上,用岩体块度率(RBR,Rock Block Rating)代替岩体块度指数(RBI),利用RBR、d、SCR和Jc四个参数进行GSI体系中区间值量化。为了克服GSI体系的缺点,提出GSI值的修正方法,从而研究完成新的GSI值量化方法。(3)基于SURPAC软件构建三维实体模型和块体属性模型,利用Java语言将SURPAC块体模型转换为FLAC3D数值模型。研究X、Y、Z轴方向地应力随深度的变化规律,利用应力边界法来拟合矿区的初始地应力场。(4)采用面向对象语言VC++,开发基于Hook方式的遗传算法(GA)和FLAC3D连接程序。在岩体力学参数取值范围和现场位移测量数据的基础上,GA与FLAC3D相结合来进行位移正反演,确定比较准确的岩体力学参数。(5)根据矿山的技术装备水平和矿床地质条件,具体分析所有采矿方法的适用条件,初步选择3种可行的采矿方法。综合考虑影响采矿方法选择的多个方面,建立评价指标体系。利用极差变换法和优先关系二元对比排序法建立指标的隶属度矩阵,基于模糊层次分析法(FAHP)确定评价指标的主观权重,利用熵权法(EM)计算评价指标的客观权重。引入灰色关联分析方法改进了主客观赋权组合原则,此基础上,选择最优采矿方法。(6)在Mathew法和弹性力学理论的基础上,初选14个采场结构参数方案。利用得到的地应力场和岩体力学参数,进行FLAC3D数值模拟分析,获得每个方案的采场稳定性因素值。综合考虑采场稳定性因素和技术经济囚素,采用接近理想解法(TOPSIS)来选择最佳采场结构参数方案。本文解决了岩土工程中准确的岩体力学参数确定问题和采矿方法及采场结构参数优选中主客观组合赋权问题,研究思路和研究成果对岩体力学参数确定及采矿方法优选研究具有重要的价值。


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