基于AHP的采礦方法模糊評價優(yōu)選及開采動態(tài)模擬研究.pdf

1、地下礦體的開采有著悠久的歷史，進入二十一世紀以來，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)境問題日趨嚴重等。因此，地下采礦必須以現(xiàn)代科學技術(shù)為武器，開辟新的道路。地下礦體開采是一個相當復(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，都既要保證地下空間的安全與穩(wěn)定，又要使整個回采過程經(jīng)濟、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)定性定量評價及采礦

2、設(shè)計優(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行了開采沉陷影響因素模糊評價分析及開采方案模糊評價優(yōu)選，進而詳細闡述了各種圍巖穩(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)強度理論和地下開采動態(tài)模擬的ANSYS實現(xiàn)方法。采用彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和Drucker-Prager屈服準則建立三維有限元模型，通過大型通用有限元軟件ANSYS對地下礦體階段中礦塊回采順序進行了優(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態(tài)回采的多個結(jié)論，對于礦山采礦施工設(shè)計具有重要的指導作用。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)和巖體強度準則，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)莫爾一庫侖強度理論并結(jié)合有關(guān)數(shù)學知識，推導并引入SF1和SF2

4、兩個安全系數(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)力大小及分布等強度判據(jù)和變形量判據(jù)一起作為評價圍巖穩(wěn)定性指標更加直觀實用、全面可靠。 2、介紹了Drucker-Prager準則換算成莫爾一庫侖等面積圓DP準則的具體方法和意義，通過變換c、ψ值，使采用DP模型計算結(jié)果與使用莫爾一庫侖等面積圓DP準則計算結(jié)果相等，也就和采用莫爾一庫侖準則計算結(jié)果相近，從而提高數(shù)值模擬準確性，以便有效

5、判斷圍巖穩(wěn)定性，定量上指導開采設(shè)計與施工。 3、論述了用層次分析法(AHP)進行開采沉陷影響因素分析及采礦方法模糊評價和優(yōu)選的基本模型，評價因素的選取與指標體系的構(gòu)建，著重介紹了模糊評價中權(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價優(yōu)選提供了一種比較符合實際、更科學可靠的方法。 4、地下開采中地壓分布與轉(zhuǎn)移隨開采空間變動而變動，不同的開采順序會帶來不同的圍巖穩(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、地下開采實施過程復(fù)雜，僅優(yōu)選了采礦方法還遠遠不夠，地下開采施工及動態(tài)模擬的目的是進一步優(yōu)化初步設(shè)計參數(shù)及指導采礦方案的實施。為此，基于圍巖穩(wěn)定性，對房柱法中錨固連續(xù)礦柱及改進采場斷面形狀進行了模擬優(yōu)化分析；對充填