李志超，李 帆，郭洪泉，蒋洪林

·采 选·

岩体可崩性分级研究及综合评判

李志超1，3，李 帆2，郭洪泉3，蒋洪林2

（1.湖南食品药品职业学院，湖南长沙 410208；2.云南锡业股份有限公司采选分公司，
云南个旧 661000；3.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083）

针对云南锡业股份有限公司西凹生产区，通过岩石力学试验得到研究对象的力学参数，结合工程地质调查，根据RMR系统岩体质量评价方法，得到西凹生产区不同岩体的岩体质量评价评分，在此基础上，进一步分别运用RQD值评价法、RMR值评价法对研究范围内的矿岩体的可崩性分别进行评价，对于得到的三种评价结果，利用层次分析法AHP和模糊综合评判Fuzzy理论对几种方法的分级结果进行了量化处理和权重分析，综合分析得出了合理可靠的可崩性评价结果。

可崩性研究；自然崩落法；AHP－Fuzzy理论

对于拟采用自然崩落法作为主要采矿方法的矿山来说，矿岩可崩性研究是判断该方法是否可行的中心内容。在自然崩落法的采矿设计中，回采顺序、拉底方向及拉底面积、出矿方式、放矿管理等内容都至关重要，其设计的依据关键是可崩性研究。可崩性评价经历了很长时间的发展，几十年前，L.Obert和A.E.Long［1］提出了地震波能量衰减系数评价法；R.Kendrick［2］在对两个矿进行可崩性评价时发现，RQD，即岩石质量指标，与可崩性之间存在较为明显的线性关系，并提出了可崩性指数评价方法；E.T.Brown和G.A.Ferguson［3］在之后几年提出了节理面强度修正后的RQD值分级法；D.H.Laubscher［4］提出了地质力学分级法。在近年来国内外学者也在可崩性评价上做了一些研究与发展，并应用于指导具体工程施工。宋明军［5］等通过对Monte－carlo的技术原理的分析，利用Makeblock软件系统对金川Ⅲ号矿区矿岩进行了可崩性评价，评价结果及现场施工结果证明了Monte－carlo模拟法对矿岩可崩性评价是可靠的。冯兴隆［6～8］等基于Mathews稳定图对金川Ⅲ矿区建立了可崩性分级的模型，并用了新的数据结构和方法重现了三维工程岩体模型和块段模型，以此模型为基础，对金川Ⅲ号矿区矿岩可崩性分级表明，矿岩可崩性属于中等偏上，与生产实际相符；宋军明等还验证了Laubscher崩落图法是用于可崩性评价中较为成熟的一种方法；贾明涛［9］等基于区域化变量及RMR评价体系对研究对象进行了矿岩质量评价，验证了所提方法的可行性。

1 工程背景

云南锡业股份有限公司西凹生产区内为接触带硫化矿床，主体属于倾斜、缓倾斜薄至中厚以上矿体，呈透镜状、似层状产出，矿石一般呈致密块状、坚硬，稳固性好，f＝8～12，但局部被氧化或半氧化后矿石呈土状、结构疏松不稳固，f＝2～4。矿体顶板为中等稳固的大理岩、含泥质大理岩等，f＝6～8，一般不需要支护；矿体底板为风化、半风化花岗岩，f＝4～15，多需要加强支护。依据岩性、结构面的发育程度，以及矿山基建和矿山生产实践，将矿床及其近矿围岩划分为三个工程地质岩组，即：蚀变花岗岩组、块状花岗岩组和大理岩组。根据钻孔取样、试样加工过程结合试验结果表明，该矿段块状花岗岩物理力学性能较好，较稳固，含矿花岗岩则较为破碎松散，难以取得10 cm以上岩芯，且抗压、抗拉强度均较低。该矿体远离矿脉部分的花岗岩整体性较好、裂隙不发育，而靠近矿脉的花岗岩则较破碎，裂隙发育、岩体完整性较差。针对该情况，初步考虑使用自然崩落法，非常有必要对矿岩可崩性进行评价。

2 基于岩体质量评价的矿岩可崩性分级结果

矿岩可崩性是衡量矿体发生自然崩落的难易程度，对可崩性的研究是自然崩落法研究中不可缺少的首要工作，同时对矿岩体的可崩性进行客观评价是后续崩落规律研究的前提和基础，因此对矿岩体的可崩性研究具有十分重要的意义。矿岩的可崩性研究是一项比较复杂的系统过程，其评价方法经历了多个发展阶段，其中目前使用最为广泛的是在岩体质量评价结果的基础上，根据岩体质量指标或参数与可崩性之间的对应关系，对矿岩的可崩性进行评价。根据岩石力学试验、工程地质调查等工作，分析计算西凹生产区大理岩岩体的RMR岩体质量评价得分为63，其RMR系统评价等级为Ⅲ，属于一般岩体；主体花岗岩岩体（不含矿）的RMR岩体质量评价得分为52，其RMR系统评价等级为Ⅳ，属于一般岩体；蚀变花岗岩岩体（含矿）的RMR岩体质量评价得分为20，其RMR系统评价等级为Ⅳ，属于很差岩体。

在岩体质量评价结果的基础上，分别对矿岩体的可崩性进行了评价，其评价结果如下。

2.1 运用RQD值评价法进行矿岩可崩性评价

RQD值与岩体可崩性之间的关系见表1，根据此对应关系对研究范围内的矿岩体的可崩性评价结果见表2。2.2 RMR值评价法的矿岩可崩性评价

表1 RQD值与矿岩可崩性之间的关系

表2 RQD值评价法的矿岩可崩性评价结果

RMR值与岩体可崩性及矿岩破碎特征之间的关系见表3，根据此对应关系对研究范围内的矿岩体的可崩性评价结果见表4。2.3 可崩性评价结果汇总及分析

表3 RMR值与矿岩可崩性之间的关系

表4 RMR评价法的矿岩可崩性评价结果

研究范围内矿岩可崩性分级和评价结果见表5。

表5 研究范围内矿岩可崩性分级和评价结果汇总

根据上述岩体质量法中的RQD值评价法、RMR值评价法的评价结果初步分析可知，上述方法对可崩性分级及其描述大体一致，但是由于上述所得到的可崩性分级和评价结果有3种，为了确定最终的可崩性分级和评价结果，还需要进一步对各方法的评价结果进行深入的综合分析。

3 基于AHP－Fuzzy理论的可崩性评价结果综合分析

3.1 模型的建立

此次可崩性评价所使用的方法共有3种，为了充分考虑各方法可崩性评价结果的影响作用，以得出最终综合的可崩性评价结果，此次可崩性评价结果综合分析模型的建立采用AHP－Fuzzy理论中的加权平均型综合评判模型。

1.基本的层次模型：设最终综合的可崩性评价结果为目标层A，各可崩性评价方法的评价结果为子层级B，各类型岩体的可崩性为更次一层级C，它们之间的层次关系如图1所示。

图1 可崩性评价结果综合分析AHP模型

2.可崩性分级指标及分值和值域的量化：根据上述两种可崩性评价方法的标准，对其分值和值域分别进行量化处理，其结果见表6。根据表6可知B层各评价结果对A目标层的权重值即为一维行向量F＝［0，0.25，0.50，0.75，1］。

表6 可崩性分级指标及分值和值域的量化结果

3.对上一节的矿岩可崩性分级结果（根据岩体质量指标值）进行量值化和归一化处理，得到最低层级C的各因素对上一层级B的隶属度，并由此得到可崩性评价结果综合分析的模糊评判矩阵R。

4.最后，根据所建立的模糊评判矩阵和权重矩阵运用公式A＝F·R即可算出并确定最终的分级结果。

3.2 矿岩可崩性评价方法的优选结果

根据表5中的岩体分级数据和可崩性分级结果，对其分别进行量化处理和归一化处理，其处理结果分别见表7和表8。根据归一化处理之后的结果对各类型岩体的各级别数据进行整合，即可得到此次可崩性评价方法优选的最终的模糊评判矩阵R，如公式（1）所示。最后，根据上述评价模型建立的基本步骤便可计算出上述两种可崩性评价方法的最大隶属度的数值，然后即可对其优劣进行排序和分析。

表7 矿岩体可崩性分级数据量化处理结果

表8 矿岩体可崩性分级数据归一化处理结果

运用加权平均模型对各方案进行评价，计算所得到的最终结果为：

A＝F·R

根据上述Fuzzy最终计算结果可知，上述两种矿岩可崩性分级方法所得到的最终计算结果为0.666 7～0.855 4，在0.60～0.90的范围内，矿岩的总体可崩性属于Ⅲ级中等可崩到Ⅳ级易崩，破碎的矿岩大块较少，矿岩破碎特征属于中等破碎到破碎。

4 结 论

西凹生产区矿体由多种不同岩性的岩体组成，运用RQD值评价法、RMR值评价法对研究范围内的矿岩体的可崩性进行评价，可分别得到对某种岩性的评价结果。应用某一方法对其中一种岩性的评价结果来评价整个生产区的可崩性显然不太合理，可以利用层次分析法AHP和模糊综合评判Fuzzy理论对几种方法的分级结果进行量化处理和权重分析，通过综合分析得出合理可靠的可崩性评价结果。

［1］ OBERT L，LONGA E.Underground borate mining，Kem County［M］.California，US：Bureau of Mines，Department of the Interior， 1962.67.

［2］ BROWN E T，FERGUSON G A.Prediction of progressive hangingwall caving，Gathsmine，Rhodesia［J］.Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy，Section A：Mining Industry，1979，88：92－105.

［3］ LAUBSCHER DH.Cavemining—me state of the art［J］.Journalof the South African Institute of Mining and Metallurgy，1994，94（10）：279－293.

［4］ KENDRICK R.Induction caving of the Urad mine［J］.Mining Congress Journal，1970，56（10）：39－44.

［5］ 宋明军，李海港，王李管，等.基于Monte-Carlo模拟的矿岩可崩性评价［J］.中国钼业，2015，（5）：16－20.

［6］ 冯兴隆，王李管，毕林，等.基于Mathews稳定图的矿体可崩性研究［J］.岩土工程学报，2008，（4）：600－604.

［7］ 冯兴隆，王李管，毕林，等.基于三维模拟技术的矿岩可崩性评价［J］.煤炭学报，2008，（9）：971－976.

［8］ 冯兴隆，王李管，毕林，等.基于Laubscher崩落图的矿体可崩性研究［J］.煤炭学报，2008，（3）：268－272.

［9］ 贾明涛，王李管.基于区域化变量及RMR评价体系的金川Ⅲ矿区矿岩质量评价［J］.岩土力学，2010，（6）：1 907－1 912.

Study on the Classification of Rock M ass Cavability and Its Com prehensive Evaluation

LIZhi-chao1，3，LIFan2，GUO Hong-quan3，JIANG Hong-lin2
（1.Hunan Food and Drug Vocational College，Changsha 410208，China；2.Yunnan Tin Co.，Ltd.，Gejiu 661000，China；3.School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China）

For the Xi＇ao production area of Yunnan Tin Co.，Ltd，the mechanical parameters of the study object are obtained by rock mechanical tests.Combined with the engineering geological investigation，using the RQD value evaluation method and RMR evaluation method to study the ore rock mass cavability within the scope is evaluated. On this basis，the use of weighted average comprehensive evaluation model of AHP-Fuzzy theory is analyzed comprehensively，and the results show that the total cavability of rockmass belongs to grade IIImedium collapse to IV easy to collapse.

cavability study；natural cavingmethod；AHP-Fuzzy theory

TD852

A

1003－5540（2016）04－0001－04

2016－07－02

李志超（1980－），男，高级工程师，主要从事采矿工艺技术研究工作。