本發(fā)明屬于充填采礦領(lǐng)域,具體涉及一種充填法采礦工程決策方法。
背景技術(shù):
充填法采礦將廢石、尾砂、廢水等廢棄物回填到地下采場(chǎng),有效控制采場(chǎng)地壓,減小地表沉陷;并且還能夠減少?gòu)U棄物排放,實(shí)現(xiàn)無(wú)廢或少?gòu)U綠色開(kāi)采,從而保護(hù)環(huán)境和控制地質(zhì)災(zāi)害。與其他采礦方法相比,充填法采礦回采工藝較復(fù)雜和采礦生產(chǎn)能力較低,因此采礦經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較差,通常用于有色和貴金屬礦體開(kāi)采。隨著我國(guó)對(duì)資源開(kāi)發(fā)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格,不僅有色礦山充填法采礦比例迅速提高,而且大型鐵礦充填法開(kāi)采已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。
礦山工程包含眾多不確定性因素,給礦山安全、高效生產(chǎn)帶來(lái)重大安全隱患。隨著技術(shù)條件好的礦體開(kāi)采日趨枯竭,地質(zhì)條件復(fù)雜和“三下”(水下、鐵路下、建筑物下)難采礦體開(kāi)采是未來(lái)資源開(kāi)發(fā)的必由之路。復(fù)雜難采礦床的安全、高效和低成本充填法開(kāi)采是亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種充填法采礦工程決策方法,該方法能夠降低充填采礦成本,防控采礦地質(zhì)災(zāi)害,確保采礦安全生產(chǎn),從而提高充填法采礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
上述目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種充填法采礦工程決策方法,其特征在于,該方法包括以下步驟:
(1)采用gps變形監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)地表變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);
(2)選擇巖體變形模量e和泊松比μ、充填體變形模量e*和泊松比μ*作為巖體和充填體變形特征參數(shù),針對(duì)當(dāng)前開(kāi)采階段,進(jìn)行e、μ、e*、μ*四因素三水平的正交數(shù)值試驗(yàn),獲得礦區(qū)地表上n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三個(gè)方向的計(jì)算變形值
(3)利用步驟(2)獲得所述當(dāng)前開(kāi)采階段的巖體和充填體等值變形特征參數(shù)ee、μe、ee*、μe*,建立當(dāng)前開(kāi)采階段等值分析模型;選擇礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r和礦柱二步充填體強(qiáng)度s作為下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策參數(shù);采用所述當(dāng)前開(kāi)采階段等值數(shù)值分析模型,選擇礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r和礦柱二步充填體強(qiáng)度s進(jìn)行4因素和3水平的正交數(shù)值試驗(yàn),獲得9組回采方案的采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi(i=1,···,9);根據(jù)正交數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果,采用統(tǒng)計(jì)回歸分析方法,建立采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi與礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r、礦柱二步充填體強(qiáng)度s的4個(gè)回采方案參數(shù)的回歸函數(shù):fi=f(b,w,r,s);以采場(chǎng)充填材料成本為目標(biāo)函數(shù),以采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)為約束條件,建立下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型:目標(biāo)函數(shù)為minc=minp(b,w,r,s),式中c為采場(chǎng)膠結(jié)充填材料成本;約束條件為fs=f(b,w,r,s)≥[fs],式中[fs]為采場(chǎng)穩(wěn)定性許可安全系數(shù);求解所述下個(gè)中段的采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型,獲得礦房寬度bop、礦柱寬度wop、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度rop和礦柱二步充填體強(qiáng)度sop的回采方案優(yōu)化決策參數(shù);
(4)將巖體和充填體的等值變形特性參數(shù):ee、μe、ee*、μe*和回采方案決策方案參數(shù):礦房寬度bop、礦柱寬度wop、礦房一次充填體強(qiáng)度rop和礦柱二步充填體強(qiáng)度sop視為正態(tài)隨機(jī)變量,則采場(chǎng)穩(wěn)定可靠度分析的狀態(tài)變量xi為ee、μe、ee*、μe*、bop、wop、rop、sop,其中,i=1,2,...,8;根據(jù)掘進(jìn)爆破施工工程經(jīng)驗(yàn),確定采場(chǎng)穩(wěn)定可靠度分析狀態(tài)變量xi的標(biāo)準(zhǔn)方差為σi,其中,i=1,2,...,8;所述采場(chǎng)穩(wěn)定性可靠度分析狀態(tài)變量xi的取值區(qū)間為(ximin,ximax),在所述取值區(qū)間(ximin,ximax)上分別對(duì)稱選擇2個(gè)取值點(diǎn):xi1=μxi+σxi,xi2=μxi-σxi,i=1,2,...,8;所述取值點(diǎn)共16個(gè),取值點(diǎn)的組合為256種,進(jìn)行256次采場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算,獲得采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi,i=1,2,...,256;計(jì)算出fsi的一階矩:
本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明充填法采礦工程決策方法集監(jiān)測(cè)技術(shù)、回采方案決策方法、采場(chǎng)災(zāi)變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算于一體的工程決策方法,使充填法采礦實(shí)現(xiàn)回采方案決策科學(xué)化、災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)控制合理化,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜難采礦山充填法采礦的安全、高效和低成本生產(chǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為實(shí)施例的礦區(qū)14行的監(jiān)測(cè)沉降曲線。
圖2為實(shí)施例的-450m階段采場(chǎng)結(jié)構(gòu)模型的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的充填法采礦工程決策方法包括以下步驟:
(1)采用gps變形監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)地表的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);
(2)選擇巖體變形模量e、泊松比μ和充填體變形模量e*和泊松比μ*作為巖體和充填體變形特性參數(shù),針對(duì)當(dāng)前開(kāi)采階段,進(jìn)行e、μ、e*、μ*四因素三水平的正交數(shù)值試驗(yàn),獲得礦區(qū)地表n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上三個(gè)方向的計(jì)算變形值
(3)利用步驟(2)獲得的所述當(dāng)前開(kāi)采階段的巖體和充填體等值變形參數(shù):ee、μe、ee*、μe*,建立當(dāng)前開(kāi)采階段等值數(shù)值分析模型;選擇礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r和礦柱二步充填體強(qiáng)度s作為下個(gè)回采中段的采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策參數(shù);采用所述當(dāng)前開(kāi)采階段的等值數(shù)值分析模型,選擇礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r和礦柱二步充填體強(qiáng)度s進(jìn)行4因素和3水平的正交數(shù)值試驗(yàn),由此獲得9組回采方案的采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù),fsi(i=1,···,9);根據(jù)正交數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果,采用統(tǒng)計(jì)回歸分析方法,建立采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi與礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r、礦柱二步充填體強(qiáng)度s的4個(gè)參數(shù)的回歸函數(shù):fi=f(b,w,r,s);以采場(chǎng)充填材料成本為目標(biāo)函數(shù),以采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)為約束條件,建立下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型:目標(biāo)函數(shù)為minc=minp(b,w,r,s),式中c為采場(chǎng)膠結(jié)充填材料成本;約束條件為fs=f(b,w,r,s)≥[fs],式中[fs]為采場(chǎng)穩(wěn)定性許可安全系數(shù);求解所述下個(gè)中段的采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型,獲得礦房寬度bop、礦柱寬度wop、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度rop和礦柱二步充填體強(qiáng)度sop的回采方案優(yōu)化決策參數(shù);
(4)將巖體和充填體等值變形特性參數(shù)ee、μe、ee*、μe*和采場(chǎng)回采方案參數(shù):礦房寬度bop、礦柱寬度wop、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度rop和礦柱二步充填體強(qiáng)度sop視為正態(tài)隨機(jī)變量,則充填采場(chǎng)穩(wěn)定性可靠度分析狀態(tài)變量xi(i=1,2,...,8)為ee、μe、ee*、μe*、bop、wop、rop、sop;根據(jù)掘進(jìn)爆破施工工程經(jīng)驗(yàn),確定采場(chǎng)穩(wěn)定可靠度分析狀態(tài)變量xi的標(biāo)準(zhǔn)方差為σi(i=1,2,...,8);所述采場(chǎng)穩(wěn)定性可靠度分析狀態(tài)變量xi的取值區(qū)間為(ximin,ximax),在所述取值區(qū)間(ximin,ximax)上分別對(duì)稱選擇2個(gè)取值點(diǎn):xi1=μxi+σxi,xi2=μxi-σxi(i=1,2,...,8);所述取值點(diǎn)共16個(gè),取值點(diǎn)的組合為256種,進(jìn)行256次穩(wěn)定性計(jì)算,獲得采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi(i=1,2,...,256);計(jì)算出采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi一階矩:
下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
實(shí)施例1
步驟1:采用gps變形監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)地表變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。針對(duì)某礦山14行地表巖移設(shè)立18個(gè)gps變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)獲得礦區(qū)地表上18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形值(圖1)。
步驟2:當(dāng)前開(kāi)采階段巖體和充填體的變形特征參數(shù)獲取。
(1)針對(duì)步驟1所述礦山,選擇巖體變形模量e、巖體泊松比μ、充填體變形模量e*和充填體泊松比μ*作為巖體和充填體變形特性參數(shù)。
(2)針對(duì)當(dāng)前開(kāi)采階段,建立三維數(shù)值模型,進(jìn)行e、μ、e*、μ*4因素3水平的正交數(shù)值試驗(yàn)(e水平為1gpa,2gpa,4gpa;μ水平為0.16,0.18,0.20;e*水平為1gpa,2gpa,3gpa;μ*水平為0.28,0.30,0.32),獲得礦區(qū)地表上18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的三個(gè)方向計(jì)算變形值
(3)根據(jù)所述計(jì)算變形值
(4)通過(guò)gps變形監(jiān)測(cè)技術(shù)獲得礦區(qū)地表上18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的第j方向的監(jiān)測(cè)變形值為pij(i=1,······,18,j=1,···3),以18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的計(jì)算值vij與監(jiān)測(cè)值pij之差的平方和最小為優(yōu)化目標(biāo),獲得當(dāng)前開(kāi)采階段巖體和充填體變形特性參數(shù)辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)
(5)采用優(yōu)化算法,對(duì)所述當(dāng)前開(kāi)采階段巖體和充填體變形特性參數(shù)辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解,獲得當(dāng)前開(kāi)采階段的巖體和充填體等值變形參數(shù)為:ee=8.18gpa、μe=0.213、ee*=1.58、μe*=0.295。
步驟3:下個(gè)中段充填采場(chǎng)回采方案參數(shù)優(yōu)化決策。
(1)利用步驟2獲得的所述當(dāng)前開(kāi)采階段的巖體和充填體變形等值參數(shù)ee、μe、ee*和μe*,建立當(dāng)前開(kāi)采階段等值數(shù)值分析模型(圖2);
(2)選擇礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r和礦柱二步充填體強(qiáng)度s作為下中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策參數(shù);采用所述當(dāng)前開(kāi)采階段等值數(shù)值分析模型,進(jìn)行4因素3水平的正交數(shù)值試驗(yàn)(b水平為10m,15m,20m;w水平為10m,15m,20m;r水平為3mpa,5mpa,7mpa,s水平為1mpa,3mpa,5mpa),由此獲得9組回采方案的采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi(i=1,···,9);
(3)根據(jù)正交數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果,采用統(tǒng)計(jì)回歸分析方法,建立采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)fsi與礦房寬度b、礦柱寬度w、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度r、礦柱二步充填體強(qiáng)度s的回采方案參數(shù)的回歸函數(shù):fi=f(b,w,r,s);
(4)以采場(chǎng)充填材料成本為目標(biāo)函數(shù),以采場(chǎng)穩(wěn)定性安全系數(shù)為約束條件,建立下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型,即目標(biāo)函數(shù)為:minc=minp(b,w,r,s),式中,c為采場(chǎng)充填材料成本,約束條件為:fs=f(b,w,r,s)≥[fs],式中,[fs]為采場(chǎng)穩(wěn)定性許可安全系數(shù);求解所述下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案優(yōu)化決策模型,獲得下個(gè)中段采場(chǎng)回采方案決策參數(shù):礦房寬度bop=21.15m、礦柱寬度wop=15.06m、礦房一次膠結(jié)充填體強(qiáng)度rop=4.75mpa和礦柱二步充填體強(qiáng)度sop=1.66mpa。
步驟4:下個(gè)中段的充填采場(chǎng)回采過(guò)程災(zāi)變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)。
(1)確定充填采場(chǎng)回采災(zāi)變分析狀態(tài)變量和隨機(jī)特征參數(shù)。
選擇影響采場(chǎng)穩(wěn)定性的巖體和充填體等值特性參數(shù)(ee、μe、ee*、μe*)和采場(chǎng)回采參數(shù)(bop、wop、ropsop)可靠度分析中的狀態(tài)變量,并視為服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量xi,
(2)采用rosenblueth方法進(jìn)行充填采場(chǎng)穩(wěn)定性特征值計(jì)算。
采場(chǎng)穩(wěn)定性可靠度分析狀態(tài)隨機(jī)變量xi在所述取值區(qū)間
(3)進(jìn)行充填采場(chǎng)回采過(guò)程的災(zāi)變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)分析。
根據(jù)所述一階矩和二階矩,獲得采場(chǎng)穩(wěn)定性可靠性指標(biāo):