基于混沌优化的高阶段充填体可靠性分析刘志祥，李夕兵，张义平(中南大学，湖南长沙410083)摘要：对高阶段充填体进行了力学分析，推导了分层充填力学计算公式，用可靠性理论研究了高阶段充填体稳定性。考虑高阶段充填体可靠性分析的状态函数求导困难，提出了基于混沌优化的可靠性计算方法，为工程中复杂函数计算可靠性指标提供了一种新的方法。高阶段充填体力学研究表明：缩短采场长度和增大采场宽度有利于充填体稳定性和降低充填成本。为了评价高阶段充填体稳定性，分别在实验室配制充填料浆和采场取样试验了尾砂胶结充填体强度，分析了采场原位充填体强度与实验室试验强度的差异。研究认为：采用实验室力学参数进行充填设计，最小设计安全系数为1.6～1.8，最小可靠性指标为1.8～2.0比较合理。用本文方法对安庆铜矿3号高阶段采场充填体进行了可靠性分析，并评价了充填设计的可行性。关键词：尾砂胶结充填体；分层充填；可靠性；混沌优化中图分类号：TD853.34文献标识码：A文章编号：1000–4548(2006)03–0348–05作者简介：刘志祥(1967–)，男，湖南宁乡人，中南大学博士后，从事采矿与岩石力学研究。ReliabilityanalysisofhighlevelbackfillbasedonchaoticoptimizationLIUZhi-xiang,LIXi-bing,ZHANGYi-ping(CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)Abstract:Throughthemechanicalanalysisofhighbackfill,thecalculationformulaeofthestratifiedbackfillpracticewerededucedandreliabilityanalysisoftheirstabilitieswerestudied.Inreliabilityanalysisofhighbackfill,becausethedifferentialofstatusfunctionwasdifficulttobeobtained,acalculatingmethodofreliabilitybasedonchaoticoptimizationwasproposed,whichwasanewmethodofreliabilityanalysisforcomplexstatusfunctioninengineeringpractice.Themechanicalresearchesshowedthatreducinglengthorincreasingwidthofstopewerepropitioustoimprovestabilityofbackfillandtolowerfillingcost.Inordertoevaluatethestabilityofbackfill,aseriesofstrengthexperimentsofcementedtailingsbackfillbothinthelaboratoryandunderfillingstopeconditionsweredone,andtheirdifferencesofstrengthwereanalyzed,aswellasaconclusionwasdrawnthatifthemechanicalparametersinlabwereusedasthebasisoffillingdesign,theminimumsafetyfactorshouldbe1.6to1.8,andtheminimumindexofreliabilityshouldbe1.8to2.0.Usingthepresentmethod,thereliableindexesofbackfillinstopeNo.3inAnqingcoppermine,Anhuiprovince,werecalculated,andthefeasibilityoffillingdesignwereevaluated.Keywords:consolidatedtailingsbackfill;stratifiedfilling;reliability;chaoticoptimization0引言高阶段采矿是一高效采矿技术[1]，大都采用尾砂嗣后充填（矿房胶结充填、矿柱非胶结充填）。采矿过程中，胶结充填体垂直暴露高度达60～140m，侧向暴露面积在3000～7000m2。对高阶段充填体稳定性研究通常采用确定性方法（即定值法），该方法得到的安全系数指标体现了充填体稳定性的一个重要方面，但尾砂充填体是一种复杂的非线性力学介质[2，3]，实践表明[4-7]，有诸多因素影响胶结充填体强度，充填体力学参数存在不确定性与随机性，因此用可靠性理论研究高阶段充填体稳定性更符合客观实际。为了评价高阶段充填体稳定性，笔者分别在实验室配制充填料浆和采场取样试验了尾砂胶结充填体强度，研究了采场原位充填体强度与实验室试验强度的───────基金项目：xxxxxxxxxxxxxxxx（编号xxxxxxxx）收稿日期:xxxx–xx–xx差异，提出了采用实验室力学参数进行充填设计的合理安全系数与可靠性指标。1高阶段充填体力学分析1.1高阶段充填体上部受力分析高阶段采场（矿房）采后用不同配比的尾砂胶结充填，充填接顶后，充填体与围岩形成力学相互作用系统。根据自然平衡拱理论，充填体上部承受自然平衡拱内矿岩自重压应力（如图1所示）。设矿体上下盘围岩内摩擦角为，则上下盘围岩移动角为45º+/2。图1高阶段充填体力学分析Fig.1Mechanicalanalysisofhighbackfill顶...