[发明专利]一种充填法采矿工程决策方法

摘要

本发明公开了一种安全高效充填采矿工程决策方法，该方法集监测技术、回采方案决策方法、采场灾变失稳风险概率计算于一体，使充填法采矿实现回采方案决策科学化、灾变风险控制合理化，从而实现复杂难采矿山充填法采矿的安全、高效和低成本生产。

主权项

一种充填法采矿工程决策方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用GPS变形监测技术对地表变形进行监测；(2)选择岩体变形模量E、泊松比μ、充填体变形模量E*和泊松比μ*作为岩体和充填体变形特性参数，针对当前开采阶段，进行E、μ、E*、μ*四因素三水平的正交数值分析，获得地表N个监测点上的三个方向的计算变形值(i＝1,……,N；m＝1,……,9；j＝1,2，3)；根据所述计算变形值进行统计回归分析，由此建立第i个监测点的第j方向的变形值与岩体变形模量E和泊松比μ、充填体变形模量E*和泊松比μ*的关系函数为：Vij＝fij(E，μ，E*、μ*)，(i＝1,……,N；j＝1,…3)；通过GPS技术监测获得地表N个监测点第j方向的监测变形值为Pij(i＝1,……,N，j＝1,…3)；以N个计算变形值Vij与监测变形值Pij之差的平方和最小为优化目标，获得当前开采阶段岩体和充填体变形特性参数辨识的目标函数：采用优化算法，对所述当前开采阶段岩体和充填体变形特性参数辨识的目标函数进行求解，获得当前开采阶段的岩体和充填体等值变形特征参数：岩体变形模量Ee和泊松比μe、充填体变形模量Ee*和泊松比μe*；(3)利用步骤(2)获得所述当前开采阶段的岩体和充填体变形特性参数Ee、μe、Ee*、μe*，建立当前开采阶段等值数值分析模型；选择矿房宽度B、矿柱宽度W、矿房一次胶结充填体强度R和矿柱二步充填体强度S作为下个中段采场回采方案的决策参数；采用所述当前开采阶段等值数值分析模型，选择矿房宽度B、矿柱宽度W、矿房一次胶结充填体强度R和矿柱二步充填体强度S进行4因素和3水平的正交数值试验，由此获得9组回采方案的采场稳定安全系数Fsi(i＝1,…,9)；根据正交数值试验结果，采用统计回归分析方法，建立采场稳定安全系数Fsi与矿房宽度B、矿柱宽度W、矿房一次胶结充填体强度R、矿柱二步充填体强度S的4参数回归函数：Fi＝f(B,W,R,S)；以采场充填材料成本作为优化目标函数，以采场稳定性安全系数作为约束条件，建立下个中段采场回采方案优化决策模型：目标函数为MinC＝MinP(B,W,R,S)，式中，C为采场充填材料成本；约束条件为Fs＝f(B,W,R,S)≥[Fs]，式中，[Fs]为采场稳定性许可安全系数；求解所述下个中段采场回采方案优化决策模型，由此获得矿房宽度Bop、矿柱宽度Wop、矿房一次胶结充填体强度Rop和矿柱二步充填体强度Sop的回采方案决策参数；(4)将岩体和充填体等值变形特性参数：Ee、μe、Ee*、μe*和采场回采参数：矿房宽度Bop、矿柱宽度Wop、矿房一次胶结充填体强度Rop和矿柱二步充填体强度Sop均视为正态随机变量，则采场稳定可靠度分析的状态变量Xi(i＝1,2,...,8)为：Ee、μe、Ee*、μe*、Bop、Wop、Rop、Sop；根据工程经验，确定采场稳定可靠度分析状态变量Xi的标准方差为σi(i＝1,2,...,8)；所述采场稳定性可靠度分析状态变量Xi的取值区间为(ximin，ximax)，在所述取值区间(ximin，ximax)上，分别对称选择2个取值点：xi1＝μxi+σxi，xi2＝μxi‑σxi，i＝1,2,...,8；所述取值点共16个，取值点的组合为256种，进行256次采场稳定性安全系数计算，获得采场稳定性安全系数Fsi(i＝1,2,...,256)；计算出Fsi的一阶矩为：二阶矩为：根据所述一阶矩和二阶矩，获得采场稳定性可靠性指标β和变异系数V为：采场灾变失稳风险概率Pf为：Pf＝1‑Φ(β)，其中Φ为标准正态分布函数；根据矿山工程经验，确定采场灾变失稳风险概率的允许值为[Pf]；当Pf＝Φ(‑β)≥[Pf]，表明采场存在灾变失稳风险。