金矿巷道支护锚杆托锚力的主要影响因素分析

吕传玺，张云峰，李志海

（招金矿业股份有限公司河东金矿，山东 招远265400）

对比其他的支护方式，锚杆支护更加的经济、有效，可以减轻工人的劳动强度，降低支护成本，大大简化支护工艺，是金矿巷道支护中常用的支护手段之一。托锚力是锚杆锚固系统的核心，托锚力的不足将难以控制巷道在掘进初期围岩的不连续变形、掘进稳定后和回采期间围岩的持续变形，因此有必要对影响锚杆托锚力的主要因素进行分析，以便有针对性的提出控制对策。本文拟采用层次分析法，找出影响锚杆托锚力的关键因素。

1 建立递阶层次结构

根据层次分析法，决策目标是“影响锚杆托锚力的主要因素”。为此，主要考察以下三个准则，即影响时间、影响范围和影响程度。为了确定影响锚杆托锚力的主要因素有哪些，在上述准则下可以有以下七个解决方案，即回采阶段，顶板结构，预紧力，锚杆性能，锚杆安装工艺，围岩岩性，锚固段层理数，这七个因素全部作为措施层元素，位于递阶层次结构的最下层，如图1所示。

图1 锚杆托锚力的影响因素结构图

2 构造判断矩阵并赋值

根据递阶层次结构，可以分别构造准则层对目标层的判断矩阵和措施层对准则层的判断矩阵，针对判断矩阵的准则，其中每两个元素都进行比较，分析二者之间哪个更为重要及其重要程度，本文采用1～9标度法，即以数字“1-9”对重要性程度进行赋值，则可以得到准则层对目标层的判断矩阵：

同理，可以依次得到三个措施层对准则层的判断矩阵。根据各个影响锚杆托锚力的因素对托锚力的影响程度的不同，可以得到准则层对影响程度的判断矩阵：

根据各个影响锚杆托锚力的因素对托锚力的影响范围的不同，可以得到准则层对影响范围的判断矩阵：

根据各个影响锚杆托锚力的因素对托锚力的影响时间的不同，可以得到准则层对影响时间的判断矩阵：

3 权向量计算与检验

3.1 层次单排序与检验

得出判断矩阵后，利用特征值法进行层次排序。层次单排序是指每一个判断矩阵各因素针对其准则的相对权重，所以本质上是计算权向量。

首先求出判断矩阵最大特征根，并进一步求出相应特征值的特征向量，并使其归一化(即使向量中各元素之和等于1)。归一化后的特征向量的元素即是同一层次因素对于上一层次因素的相对重要性的排序权值，而这一过程称为层次单排序。通过上述方法得出的层次单排序，还要进一步进行一致性检验，只有当一致性比率C.R.< 0.1时，才认为该层次的判断矩阵的一致性是可以接受的。否则需要对判断矩阵作出修改，直到其一致性比率C.R.< 0.1为止。

根据上述分析，通过matlab计算准则层对目标层的判断矩阵的特征向量，可以得到相应判断矩阵的权向量，并进一步计算其一致性比率，进一步通过matlab计算措施层对准则层的判断矩阵的特征向量，即可得到相应判断矩阵的权向量，并计算出相应权向量的一致性比率，其结果见表1。

通过上述计算可以看出，三个单排序的一致性比率CR<0.1，从而认为上述三个判断矩阵的一致性都是可以接受的。可以进行下一步骤。

表1 措施层对准则层判断矩阵权向量及检验结果表

表2 措施层对目标层层次总排序表

3.2 层次总排序与检验

层次总排序是指通过对单排序的计算，得出措施层对目标层总排序的权向量。层次总排序也需要进行一致性检验时，其检验方法与标准与层次单排序的一致性检验相同，只有通过一致性检验，才可按照总排序权向量表示的结果进行决策，否则需要重新计算。通过计算可以得到各个措施对于目标的总排序如表2所示。

4 影响锚杆托锚力的主要因素的确定

从方案层总排序的结果看，回采阶段（C1）的权重最大，其值为0.33,即巷道不同回采阶段对顶板锚杆托锚力的影响最大，而顶板结构（C2）的权重（0.177）及预紧力（C3）的权重（0.163）也相对较大，分别处于第二、第三位，锚杆性能的权重也超过0.1，但锚杆性能是由多个因素共同组成，包含托盘，锚固剂，锚杆材质，锚杆长度等，则各个因素分布对锚杆托锚力的影响也不是很大，而剩余影响因素的权重相对较小，即锚固工艺，围岩岩性，锚杆段层理数对锚杆托锚力的影响也相对较小。从而可知，影响锚杆托锚力的主要因素有三个：回采阶段、顶板结构、预紧力。

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