金礦巷道支護錨桿托錨力的主要影響因素分析

呂傳璽，張云峰，李志海

（招金礦業股份有限公司河東金礦，山東 招遠265400）

對比其他的支護方式，錨桿支護更加的經濟、有效，可以減輕工人的勞動強度，降低支護成本，大大簡化支護工藝，是金礦巷道支護中常用的支護手段之一。托錨力是錨桿錨固系統的核心，托錨力的不足將難以控制巷道在掘進初期圍巖的不連續變形、掘進穩定后和回采期間圍巖的持續變形，因此有必要對影響錨桿托錨力的主要因素進行分析，以便有針對性的提出控制對策。本文擬采用層次分析法，找出影響錨桿托錨力的關鍵因素。

1 建立遞階層次結構

根據層次分析法，決策目標是“影響錨桿托錨力的主要因素”。為此，主要考察以下三個準則，即影響時間、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，在上述準則下可以有以下七個解決方案，即回采階段，頂板結構，預緊力，錨桿性能，錨桿安裝工藝，圍巖巖性，錨固段層理數，這七個因素全部作為措施層元素，位于遞階層次結構的最下層，如圖1所示。

圖1 錨桿托錨力的影響因素結構圖

2 構造判斷矩陣并賦值

根據遞階層次結構，可以分別構造準則層對目標層的判斷矩陣和措施層對準則層的判斷矩陣，針對判斷矩陣的準則，其中每兩個元素都進行比較，分析二者之間哪個更為重要及其重要程度，本文采用1～9標度法，即以數字“1-9”對重要性程度進行賦值，則可以得到準則層對目標層的判斷矩陣：

同理，可以依次得到三個措施層對準則層的判斷矩陣。根據各個影響錨桿托錨力的因素對托錨力的影響程度的不同，可以得到準則層對影響程度的判斷矩陣：

根據各個影響錨桿托錨力的因素對托錨力的影響范圍的不同，可以得到準則層對影響范圍的判斷矩陣：

根據各個影響錨桿托錨力的因素對托錨力的影響時間的不同，可以得到準則層對影響時間的判斷矩陣：

3 權向量計算與檢驗

3.1 層次單排序與檢驗

得出判斷矩陣后，利用特征值法進行層次排序。層次單排序是指每一個判斷矩陣各因素針對其準則的相對權重，所以本質上是計算權向量。

首先求出判斷矩陣最大特征根，并進一步求出相應特征值的特征向量，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于上一層次因素的相對重要性的排序權值，而這一過程稱為層次單排序。通過上述方法得出的層次單排序，還要進一步進行一致性檢驗，只有當一致性比率C.R.< 0.1時，才認為該層次的判斷矩陣的一致性是可以接受的。否則需要對判斷矩陣作出修改，直到其一致性比率C.R.< 0.1為止。

根據上述分析，通過matlab計算準則層對目標層的判斷矩陣的特征向量，可以得到相應判斷矩陣的權向量，并進一步計算其一致性比率，進一步通過matlab計算措施層對準則層的判斷矩陣的特征向量，即可得到相應判斷矩陣的權向量，并計算出相應權向量的一致性比率，其結果見表1。

通過上述計算可以看出，三個單排序的一致性比率CR<0.1，從而認為上述三個判斷矩陣的一致性都是可以接受的。可以進行下一步驟。

表1 措施層對準則層判斷矩陣權向量及檢驗結果表

表2 措施層對目標層層次總排序表

3.2 層次總排序與檢驗

層次總排序是指通過對單排序的計算，得出措施層對目標層總排序的權向量。層次總排序也需要進行一致性檢驗時，其檢驗方法與標準與層次單排序的一致性檢驗相同，只有通過一致性檢驗，才可按照總排序權向量表示的結果進行決策，否則需要重新計算。通過計算可以得到各個措施對于目標的總排序如表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果看，回采階段（C1）的權重最大，其值為0.33,即巷道不同回采階段對頂板錨桿托錨力的影響最大，而頂板結構（C2）的權重（0.177）及預緊力（C3）的權重（0.163）也相對較大，分別處于第二、第三位，錨桿性能的權重也超過0.1，但錨桿性能是由多個因素共同組成，包含托盤，錨固劑，錨桿材質，錨桿長度等，則各個因素分布對錨桿托錨力的影響也不是很大，而剩余影響因素的權重相對較小，即錨固工藝，圍巖巖性，錨桿段層理數對錨桿托錨力的影響也相對較小。從而可知，影響錨桿托錨力的主要因素有三個：回采階段、頂板結構、預緊力。

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