基于AHP的采礦方法模糊評(píng)價(jià)優(yōu)選及開采動(dòng)態(tài)模擬研究.pdf

1、地下礦體的開采有著悠久的歷史，進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，地下采礦面臨著許多新的挑戰(zhàn)，如采礦深度增加，難采礦床增多，安全、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重等。因此，地下采礦必須以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為武器，開辟新的道路。地下礦體開采是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從礦區(qū)地質(zhì)勘察、開采方法的選擇到具體施工設(shè)計(jì)，都既要保證地下空間的安全與穩(wěn)定，又要使整個(gè)回采過程經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展。必須用系統(tǒng)論的原則、多目標(biāo)決策理論、數(shù)值模擬方法才能解決地下開采圍巖穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)及采礦

2、設(shè)計(jì)優(yōu)化問題。本文以某鐵礦地下開采采礦方法選擇及開采對(duì)地下空間穩(wěn)定性影響為研究背景，首先采用層次分析法進(jìn)行了開采沉陷影響因素模糊評(píng)價(jià)分析及開采方案模糊評(píng)價(jià)優(yōu)選，進(jìn)而詳細(xì)闡述了各種圍巖穩(wěn)定性分析方法、三維彈塑性非線性有限元數(shù)值模擬的相關(guān)強(qiáng)度理論和地下開采動(dòng)態(tài)模擬的ANSYS實(shí)現(xiàn)方法。采用彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則建立三維有限元模型，通過大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)地下礦體階段中礦塊回采順序進(jìn)行了優(yōu)化研究，

3、得出了有利于圍巖穩(wěn)定的回采順序。在此基礎(chǔ)上，基于圍巖穩(wěn)定性對(duì)礦體頂板厚度50m以上房柱法礦體回采、礦體頂板厚度30m以下充填法礦體回采和薄頂板礦體充填法回采進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬優(yōu)化研究和論證，得出了有利于施工和動(dòng)態(tài)回采的多個(gè)結(jié)論，對(duì)于礦山采礦施工設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。主要研究工作如下： 1、闡述了各種圍巖穩(wěn)定性分析方法、圍巖穩(wěn)定性判據(jù)和巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)莫爾一庫侖強(qiáng)度理論并結(jié)合有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，推導(dǎo)并引入SF1和SF2

4、兩個(gè)安全系數(shù)，分別代表了圍巖受剪和受壓破壞的可能性，與模擬計(jì)算所得到的位移量、塑性區(qū)、主應(yīng)力及拉應(yīng)力大小及分布等強(qiáng)度判據(jù)和變形量判據(jù)一起作為評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性指標(biāo)更加直觀實(shí)用、全面可靠。 2、介紹了Drucker-Prager準(zhǔn)則換算成莫爾一庫侖等面積圓DP準(zhǔn)則的具體方法和意義，通過變換c、ψ值，使采用DP模型計(jì)算結(jié)果與使用莫爾一庫侖等面積圓DP準(zhǔn)則計(jì)算結(jié)果相等，也就和采用莫爾一庫侖準(zhǔn)則計(jì)算結(jié)果相近，從而提高數(shù)值模擬準(zhǔn)確性，以便有效

5、判斷圍巖穩(wěn)定性，定量上指導(dǎo)開采設(shè)計(jì)與施工。 3、論述了用層次分析法(AHP)進(jìn)行開采沉陷影響因素分析及采礦方法模糊評(píng)價(jià)和優(yōu)選的基本模型，評(píng)價(jià)因素的選取與指標(biāo)體系的構(gòu)建，著重介紹了模糊評(píng)價(jià)中權(quán)重、隸屬度的確定方法，為開采沉陷主要影響因素的確定及采礦方法的評(píng)價(jià)優(yōu)選提供了一種比較符合實(shí)際、更科學(xué)可靠的方法。 4、地下開采中地壓分布與轉(zhuǎn)移隨開采空間變動(dòng)而變動(dòng)，不同的開采順序會(huì)帶來不同的圍巖穩(wěn)定性。本文從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)，結(jié)合安全系

6、數(shù)，對(duì)三種階段中礦塊開采順序(從中央到兩翼、從兩翼到中央、從一翼到另一翼)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析研究，尋找到最有利于圍巖穩(wěn)定的階段礦塊開采順序，從而使地下開采順序選擇從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法上升到有限元數(shù)值模擬定量分析及優(yōu)化階段。 5、地下開采實(shí)施過程復(fù)雜，僅優(yōu)選了采礦方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，地下開采施工及動(dòng)態(tài)模擬的目的是進(jìn)一步優(yōu)化初步設(shè)計(jì)參數(shù)及指導(dǎo)采礦方案的實(shí)施。為此，基于圍巖穩(wěn)定性，對(duì)房柱法中錨固連續(xù)礦柱及改進(jìn)采場斷面形狀進(jìn)行了模擬優(yōu)化分析；對(duì)充填