金礦巷道支護(hù)錨桿托錨力的主要影響因素分析

呂傳璽，張?jiān)品?，李志?/p>

（招金礦業(yè)股份有限公司河?xùn)|金礦，山東 招遠(yuǎn)265400）

對(duì)比其他的支護(hù)方式，錨桿支護(hù)更加的經(jīng)濟(jì)、有效，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低支護(hù)成本，大大簡(jiǎn)化支護(hù)工藝，是金礦巷道支護(hù)中常用的支護(hù)手段之一。托錨力是錨桿錨固系統(tǒng)的核心，托錨力的不足將難以控制巷道在掘進(jìn)初期圍巖的不連續(xù)變形、掘進(jìn)穩(wěn)定后和回采期間圍巖的持續(xù)變形，因此有必要對(duì)影響錨桿托錨力的主要因素進(jìn)行分析，以便有針對(duì)性的提出控制對(duì)策。本文擬采用層次分析法，找出影響錨桿托錨力的關(guān)鍵因素。

1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)層次分析法，決策目標(biāo)是“影響錨桿托錨力的主要因素”。為此，主要考察以下三個(gè)準(zhǔn)則，即影響時(shí)間、影響范圍和影響程度。為了確定影響錨桿托錨力的主要因素有哪些，在上述準(zhǔn)則下可以有以下七個(gè)解決方案，即回采階段，頂板結(jié)構(gòu)，預(yù)緊力，錨桿性能，錨桿安裝工藝，圍巖巖性，錨固段層理數(shù)，這七個(gè)因素全部作為措施層元素，位于遞階層次結(jié)構(gòu)的最下層，如圖1所示。

圖1 錨桿托錨力的影響因素結(jié)構(gòu)圖

2 構(gòu)造判斷矩陣并賦值

根據(jù)遞階層次結(jié)構(gòu)，可以分別構(gòu)造準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣和措施層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣，針對(duì)判斷矩陣的準(zhǔn)則，其中每?jī)蓚€(gè)元素都進(jìn)行比較，分析二者之間哪個(gè)更為重要及其重要程度，本文采用1～9標(biāo)度法，即以數(shù)字“1-9”對(duì)重要性程度進(jìn)行賦值，則可以得到準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣：

同理，可以依次得到三個(gè)措施層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣。根據(jù)各個(gè)影響錨桿托錨力的因素對(duì)托錨力的影響程度的不同，可以得到準(zhǔn)則層對(duì)影響程度的判斷矩陣：

根據(jù)各個(gè)影響錨桿托錨力的因素對(duì)托錨力的影響范圍的不同，可以得到準(zhǔn)則層對(duì)影響范圍的判斷矩陣：

根據(jù)各個(gè)影響錨桿托錨力的因素對(duì)托錨力的影響時(shí)間的不同，可以得到準(zhǔn)則層對(duì)影響時(shí)間的判斷矩陣：

3 權(quán)向量計(jì)算與檢驗(yàn)

3.1 層次單排序與檢驗(yàn)

得出判斷矩陣后，利用特征值法進(jìn)行層次排序。層次單排序是指每一個(gè)判斷矩陣各因素針對(duì)其準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重，所以本質(zhì)上是計(jì)算權(quán)向量。

首先求出判斷矩陣最大特征根，并進(jìn)一步求出相應(yīng)特征值的特征向量，并使其歸一化(即使向量中各元素之和等于1)。歸一化后的特征向量的元素即是同一層次因素對(duì)于上一層次因素的相對(duì)重要性的排序權(quán)值，而這一過(guò)程稱為層次單排序。通過(guò)上述方法得出的層次單排序，還要進(jìn)一步進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，只有當(dāng)一致性比率C.R.< 0.1時(shí)，才認(rèn)為該層次的判斷矩陣的一致性是可以接受的。否則需要對(duì)判斷矩陣作出修改，直到其一致性比率C.R.< 0.1為止。

根據(jù)上述分析，通過(guò)matlab計(jì)算準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣的特征向量，可以得到相應(yīng)判斷矩陣的權(quán)向量，并進(jìn)一步計(jì)算其一致性比率，進(jìn)一步通過(guò)matlab計(jì)算措施層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣的特征向量，即可得到相應(yīng)判斷矩陣的權(quán)向量，并計(jì)算出相應(yīng)權(quán)向量的一致性比率，其結(jié)果見表1。

通過(guò)上述計(jì)算可以看出，三個(gè)單排序的一致性比率CR<0.1，從而認(rèn)為上述三個(gè)判斷矩陣的一致性都是可以接受的?？梢赃M(jìn)行下一步驟。

表1 措施層對(duì)準(zhǔn)則層判斷矩陣權(quán)向量及檢驗(yàn)結(jié)果表

表2 措施層對(duì)目標(biāo)層層次總排序表

3.2 層次總排序與檢驗(yàn)

層次總排序是指通過(guò)對(duì)單排序的計(jì)算，得出措施層對(duì)目標(biāo)層總排序的權(quán)向量。層次總排序也需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)時(shí)，其檢驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)與層次單排序的一致性檢驗(yàn)相同，只有通過(guò)一致性檢驗(yàn)，才可按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)行決策，否則需要重新計(jì)算。通過(guò)計(jì)算可以得到各個(gè)措施對(duì)于目標(biāo)的總排序如表2所示。

4 影響錨桿托錨力的主要因素的確定

從方案層總排序的結(jié)果看，回采階段（C1）的權(quán)重最大，其值為0.33,即巷道不同回采階段對(duì)頂板錨桿托錨力的影響最大，而頂板結(jié)構(gòu)（C2）的權(quán)重（0.177）及預(yù)緊力（C3）的權(quán)重（0.163）也相對(duì)較大，分別處于第二、第三位，錨桿性能的權(quán)重也超過(guò)0.1，但錨桿性能是由多個(gè)因素共同組成，包含托盤，錨固劑，錨桿材質(zhì)，錨桿長(zhǎng)度等，則各個(gè)因素分布對(duì)錨桿托錨力的影響也不是很大，而剩余影響因素的權(quán)重相對(duì)較小，即錨固工藝，圍巖巖性，錨桿段層理數(shù)對(duì)錨桿托錨力的影響也相對(duì)較小。從而可知，影響錨桿托錨力的主要因素有三個(gè)：回采階段、頂板結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力。

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