模糊综合评判法在蚀变岩型金矿床岩体质量评价中的应用

刘 震

(1.山东黄金集团有限公司深井开采实验室，山东 莱州 261400；2.山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室，山东 济南 250000)

0 引言

模糊综合评判法是一种利用较为模糊的已知条件，通过评价矩阵进行合理的归一化处理，择优选择隶属度最高的计算结果，从而得到一个更真实、更科学的计算结果。目前，该方法被广发应用于诸多行业领域，在矿业领域常见的应用主要集中在：研究矿井水质分类及涌水来源[1-2]；研究矿山岩体和采空区的稳定性[3-4]；选择更为合理的采场的结构参数[5]；对矿山生产过程中的安全隐患进行风险评估[6-7]；研究采矿活动对环境污染的风险评价[8-9]。

在岩体质量分级领域，往往得到的信息是十分有限的，如何利用好这些已知信息，前人已进行了诸多分类方法的研究。不论是Q系统分类法、还是地质力学RMR分类法又或者是国标BQ分类法，这些分类方法多来源于地表边坡、隧洞桥梁以及水利水电等工程实例的总结归纳，在实际应用中与矿山井下岩体质量的评价存在一定的差距[10-12]。上述分类方法所侧重的影响因素是不同的，所以所得的分类结果并不一定完全一致。并且，分类结果受主观性影响太强，部分赋分值的选择是一种定性分析。例如在结构面粗糙程度考量时，具体是粗糙还是非常粗糙根本无法用准确的数值精确确定。因此需要进行综合考虑，可以采用模糊综合评判的方法对不同岩性的岩体质量等级进行最终分类更为合理。

1 模糊综合评判公式的构建

1.1 确定着眼因素集和决策评语集

将影响岩体质量等级的各类因素集合起来设为U，子集u即代表不同的指标，公式如下：

U=(u1，u2，u3，u4，u5)

(1)

式中：u1—Q分类值；u2—RMR分类值；u3—BQ分类值；u4—抗拉稳定系数η1；u5—抗压稳定系数η2。

根据特征指标将岩体质量等级分为5个等级，决策评语集可写为：

V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级}

={良好，较好，一般，较差，很差}

1.2 构造评价矩阵

1.2.1 单因素评价值

在进行最终分类结果计算时，需要先对各个子集进行赋值。不同的子集代表不同的影响因素，综合考虑常用的岩体质量分级方法后，将5个子集选择为Q系统分类值、RMR分类值、BQ分类值、稳定性系数(抗拉稳定系数η1；抗压稳定系数η2)。各因素在不同等级中的隶属程度采用隶属函数来刻画，确定隶属函数可根据各因素总体值域跨度进行评分，跨度较小分差较小，跨度较大分差较大，且分数越高，稳定性越好。详细评分标准见表1。

表1 单因素评价值评分标准

1.2.2 构造评价矩阵

将表1中的单因素评分值进行联合，得到评价矩阵：

(2)

(3)

(4)

2 焦家金矿不同蚀变岩岩体综合分类

2.1 焦家金矿蚀变岩分类

焦家金矿床位于焦家主干断裂破碎蚀变岩带内，主裂面上盘为黄铁绢英岩化斜长角闪岩带，主裂面下盘各蚀变岩类型依次为黄铁绢英岩质碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗岩带和钾化、硅化花岗岩带，其蚀变矿化特征见表2。本文主要研究对矿体开采影响较大的下盘各蚀变岩岩体质量等级。

表2 焦家矿区围岩蚀变矿化特征表

2.2 评价值来源

各个单因素子集的分类方法得到不同蚀变岩岩体质量的评价结果，见表3。从表中不难看出，不同分类方法的结果并不完全一致。主要是因为不同的分类方法有不同的因素值，当部分分类结果的分值与不同级别界限分值十分接近，就会造成分类结果不一致的现象。这是常用的Q方法、RMR法和BQ法所得的结果。而单因素中抗拉稳定系数η1和抗压稳定系数η2结果的获得需要借助ANSYS大型有限元非线性分析软件，对不同岩性顶板开挖后稳定性进行模拟。通过模拟蚀变岩采场不同岩性开挖后的顶板应力和位移分布规律，获得顶板稳定性可用承载层的稳定系数η=[σt]/σtmax表示。通过数值模拟得到抗拉稳定系数η1和抗压稳定系数η2结果，见表3。

表3 焦家金矿不同中段各岩性单因素实际值

2.3 结果计算

对不同值域的因素集进行模糊综合评判需要对其做“归一化”处理，使其拥有相同的值域区间并根据采区的工程地质条件按表3确定各岩性岩体的单因素等级。采用“主因素突出型”模型M(∧，⊕)计算来进行综合评判[14]。

(5)

(6)

=(0.2，0.2，0.2，0.25，0.15)×

=(0，0.0435，0.112，0.0275，0)

从计算结果可知，焦家矿区-190中段黄铁绢英岩化花岗岩对II级、III级和IV级三个级别都存在一定的隶属关系，但隶属度Ⅲ级=0.112为最高，按择优原则，应评定为Ⅲ级。同理，对其它-190至-330中段其它几种蚀变岩进行模糊综合评判，均采用“主因素突出型”模型M(∧，⊕)进行计算得出各岩性的综合评判式，按择选择隶属度最高的岩体质量等级记录于表4。

表4 焦家金矿各蚀变岩最终分类结果

3 结语

1)Q系统分类法、RMR分类法、BQ分类法不同分级结果存在一定的差异性，而模糊综合评判法进行岩体稳定性评价是综合考虑以上结果以及顶板稳定系数η从而得到的分级结果，这一结果相比单一方法更准确。但抗拉稳定系数η1和抗压稳定系数η2结果的获得需要借助ANSYS大型有限元非线性分析软件，实际在大部分矿山应用中不是很容易获取，这是该方法的缺点。

2)分级结果显示：焦家矿区岩体总体稳定性较差。具体而言，焦家矿区调查区域为-190中段至-330中段之间，除-270以上黄铁绢英岩化花岗岩为Ⅲ类稳定性一般的岩体外，其余蚀变花岗岩的岩体质量均为IV类较差和V类很差的岩体。实际生产过程中，黄铁绢英岩化花岗岩的稳定性较好，其他矿体和围岩的节理裂隙更加发育。

3)在埋深相同的前提下，黄体绢英岩化花岗岩的稳定性是最好的，其次是黄铁绢英岩和钾化、硅化花岗岩，黄铁绢英岩化碎裂岩的稳定性最差。

4)蚀变岩型金矿床中，蚀变的不同类型与金品位存在一定的关系，品位越高的蚀变岩岩体稳定性越差。要求矿山企业在生产过程中，在施工到相应岩性的采场时特别要注意做好采场的相关支护工作。