基于改进未确知测度的含软弱夹层巷道围岩稳定性评价.pdf
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1、基于改进未确知测度的含软弱夹层巷道围岩稳定性评价任家苇,左宇军,林健云,陈庆港,金开玥(贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳;贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳)摘 要:为了准确评价含软弱夹层巷道围岩稳定性,以改进层次分析法和客观赋权法(方法)计算综合权重,应用未确知测度理论()计算未确知测度向量,同时引入集对分析理论()优化置信度评价过程,建立 耦合分析模型,并运用该模型对某金矿含软弱夹层巷道围岩稳定性进行评价。结果表明,地应力、软弱夹层抗拉强度和软弱夹层厚度是影响该类巷道稳定性的主要因素;断面、的集对势为微反势,有向不安全状态偏向趋势;巷道稳定性从大到小排序为:水平水平水平。实践验证表明,
2、模型评价结果与实际吻合。关键词:软弱夹层巷道;巷道围岩;稳定性评价;未确知测度;集对势;改进层次分析法;法中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,;,):,(),(),(),:;含软弱夹层岩体是隧道、边坡、矿山等工程建设或开采过程中经常会遇到的一种特殊岩体,软弱夹层与其他岩层相比具有强度低的特点,会显著影响地下深部巷道的稳定性,导致失稳事故。对含软弱夹层巷道围岩稳定性进行安全性评价具有十分重要的现实意义。目前巷道围岩稳定性分析方法主要有数值模拟、物理试验、数学分析等。这些方法的提出与运用,丰富了对巷道围岩稳定性的研究,可用于大多数岩体的稳定性评价,但由于含软弱夹层巷道围岩的复杂性收稿日期:
3、基金项目:国家自然科学基金(,);贵州省矿山动力灾害预警与控制技术科技创新人才团队项目(黔科合平台人才);贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑一般,黔科合支撑一般)作者简介:任家苇(),男,贵州都匀人,硕士研究生,主要研究方向为矿山安全。通信作者:左宇军(),男,湖南湘乡人,教授,博士研究生导师,主要研究方向为岩石力学和采矿工程。第 卷第 期 年 月矿矿 冶冶 工工 程程 和不确定性,使用这些方法评价其稳定性时均有各自的局限性,数学模型的构建和指标体系的选择还有待进一步完善。本文采用改进层次分析法和客观赋权法(方法)计算综合权重,消除指标的差异性;同时,引入未确知测度()和集对分析理论(),建立
4、基于 的巷道安全评价模型,对含软弱夹层巷道围岩稳定性进行研究,为巷道围岩稳定性安全评价提供借鉴。耦合分析模型的建立应用未确知测度理论研究含软弱夹层巷道稳定性的优点是充分考虑了评价因素的模糊性和随机性,但在评价等级属性的确定过程中,并没有体现出客观特征,集对分析理论的引入能很好地弥补未确知测度理论的不足。未确知测度理论 单指标未确知测度的构造定义被评价的围岩段(面)为(,),共有(,)个评价因子。则评价因子的测量值(,)代表围岩段 的第 个评价指标的测量值。假设评价等级由(,)表示,第 级的围岩稳定性强于第 级,记作,则单指标测度评价矩阵可表示为:()()式中 表示 属于第 级 的未确知测度。此
5、外,需满足(),且同时满足可加性和归一性准则。评价指标的组合赋权主观赋权法能够最大化地将专家的专业知识利用起来,但易受个人偏好的影响。客观赋权法()是通过评价指标数据的差异来计算权重,避免了人为因素造成的偏差,但对评价指标数据要求较高,忽略了评价指标在实际情况中的重要程度。鉴于此,本文采用改进层次分析法和 方法计算综合权重,消除指标的差异性,为科学合理地评价含软弱夹层巷道围岩稳定性奠定基础。各项评价指标的最终权重 由客观权重 和主观权重 组合赋权计算,即:()()多指标未确知测度的构造将单指标未确知测度矩阵与评价因子的权向量相结合,可得到多指标未确知测度的评价向量:()()集对分析理论未确知测
6、度理论往往采用置信度准则判定评价等级,但置信度取值的主观性太强,往往导致最终评价结果不太准确。这里引入集对分析理论来优化这一过程。在评价对象中构造两对相关集,作为集对。然后通过计算评价对象某一特征的同一度、差异度和相对度,得到集对的相对程度。本研究利用评价因子和巷道围岩稳定性等级构建集对,即(,)。在一定条件下,联系度是集对“同异反”特性的一种表达,用(,)表示:(,)()式中,分别表示同一度、差异度和对立度,且。当有()个评价等级时,可把 展开:得到 元联系度:(,)()式中,为差异度分量,为差异度分量系数;,称为对立系数。从评价向量的计算过程来看,显然,多指标未确知测度向量 适合作为集对分
7、析需求的特征分析向量。则评价对象的 维联系数可由下式计算得到:,()式中,为联系数分量。根据均分原理,将联系数 的取值范围,进行 等分得到联系数分量 的值:,()为确定巷道围岩稳定性等级,将联系数,的取值区间划分为 个等区间。不同的区间对应不同的等级。最后,通过分析、之间的同一性、差异性和对立程度,可以利用集对势 预测巷道围岩稳定性的变化趋势:()集对势态势变化如图 所示。分析模型计算流程如图 所示。矿 冶 工 程第 卷b a=b=0D,0 b b c9=a b 082a b,c b8=a=b92b a 2b=0D2b=0D=a b9,a c=;a=c2;图 集对势态势变化图-1)*,.,.)
8、3(;2+.B+D(),/;0;0/990)?+,?D/80/0,;,+D(9D),80,D(D/),80SPA4;,).1/,80+09,80D(0?A4DCRITIC,图 分析模型计算流程 含软弱夹层巷道围岩指标评价体系 指标选取综合分析含软弱夹层巷道变形破坏模式及其机理,选取软弱夹层厚度(,)、软弱夹层与周围岩体相对强度()、地应力(,)、地下水状态()、隙壁状态()、软弱夹层的抗剪强度(,)、软弱夹层的抗拉强度(,)、软弱夹层的抗压强度(,)、软弱夹层的泊松比()共 个指标。等级划分通过查阅相关文献,将含软弱夹层巷道围岩稳定性划分为,:极稳定(级)、稳定(级)、一般稳定(级)、不稳定(
9、级)、极不稳定(级)。联系数 与稳定性等级的关系见表。工程验证某金矿位于贵州省黔西南,地处喀斯特地区,地质条件复杂。矿体深部围岩主要由砂岩夹泥岩半坚硬软弱表 围岩稳定性影响指标和评价等级指标稳定性等级级(),级(),级(),级(),级(),无水()潮湿()裂隙水()中等压力水()严重地下水问题()闭合()微张填充()微张()张开填充()张开()岩组组成,岩质软,强度低,遇水易软化,严重影响围岩稳定性。目前,该金矿井巷工程突破地下 ,部分巷道已出现严重失稳变形,为保证后续矿井的安全生产,对巷道进行稳定性评价显得尤为重要。本文选取、三个水平的穿脉巷道为分析对象,在现场实测和实验室物理试验基础上,得
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