Evaluation Method and Application of Multi-index Rock Mass Blastability Based on Normal Cloud Model

Technische Samenvatting: Evaluatiemethode en Toepassing van Multi-index Explosibiliteit van Gesteentemassa Gebaseerd op het Normaal Wolkenmodel

Probleemstelling
Het breken van gesteente met explosieven is een primaire methode in de geotechnische techniek, maar de moeilijkheidsgraad van het blazen varieert aanzienlijk onder verschillende gesteentecondities. Nauwkeurige classificatie van de explosibiliteit (blastability) van gesteentemassa is cruciaal voor het sturen van het ontwerpproces van explosies en het waarborgen van de constructieve veiligheid. Hoewel wetenschappers zijn voortgegaan van evaluaties met een enkele indicator naar integrale beoordelingen met meerdere indicatoren, kampen bestaande methoden met twee primaire uitdagingen: de moeilijkheid om subjectiviteit en objectiviteit te balanceren bij het bepalen van de gewichten van evaluatie-indicatoren, en de aanzienlijke variaties in beoordelingsresultaten veroorzaakt door discrepanties tussen verschillende evaluatiemodellen. Deze beperkingen brengen de nauwkeurigheid van de classificatie van de explosibiliteit van gesteentemassa vaak in gevaar.

Methodologie
Om deze uitdagingen aan te pakken, stellen de auteurs een multi-index evaluatiemethode voor de explosibiliteit van gesteentemassa voor, gebaseerd op het Normaal Wolkenmodel. De methodologie integreert de volgende componenten:

1. Indicatorselectie: Vier kernindicatoren werden geselecteerd om de fysische en mechanische eigenschappen te reflecteren die fragmentatie over verschillende explosiezones (verbrijzelings-, breuk- en elastische golfzones) beïnvloeden:

   • Treksterkte van het gesteente ($\sigma_t$)
   • Longitudinale golfsnelheid van het gesteente ($V_p$)
   • Integriteit van de gesteentemassa (vertegenwoordigd door de RMR-score, $K_v$)
   • Eenheidsgewicht/Dichtheid van het gesteente ($\rho$)

2. Gewichtsbepaling: Om de valkuilen van puur subjectieve of puur objectieve weging te vermijden, werd een integrale weponymmethode gehanteerd. Deze aanpak combineert:

   • Analytic Hierarchy Process (AHP): Gebruikt om subjectieve gewichten af te leiden op basis van deskundige oordelen en de 1-9 schaalmethode.
   • Entropy Weight Method (EWM): Gebruikt om objectieve gewichten te berekenen op basis van het spreidingsniveau van de gegevens.
   • Integratie: De definitieve gewichten werden berekend door middel van een multiplicatieve synthese van de genormaliseerde AHP- en EWM-gewichten.

3. Evaluatiemodel: Het Normaal Wolkenmodel werd gebruikt om de onzekerheid en vaagheid te behandelen die inherent zijn aan de overgang tussen kwalitatieve explosibiliteitsgraden en kwantitatieve indicatorwaarden. Het model karakteriseert elke explosibiliteitsgraad (Extreem Makkelijk, Makkelijk, Gemiddeld, Moeilijk, Extreem Moeilijk) aan de hand van drie digitale kenmerken: de Verwachte Waarde ($Ex$), Entropie ($En$) en Hyperentropie ($He$).

4. Casestoepassing: De methode werd toegepast op een goudmijn in Songxian County, Henan Province. Explosibiliteitsbeoordelingen werden uitgevoerd op drie meetpunten binnen aangrenzende mijngangen op het -30 m subniveau, waarbij lithologieën van gemodificeerde kataclastiet en daciet betrokken waren. Laboratoriumtests (uniaxiale compressie, Braziliaanse splitsing, sonische golfsnelheid) en in-situ 3D-laserscanning werden gebruikt om de benodigde indexwaarden te verkrijgen.

Belangrijkste Resultaten
De studie heeft succesvol een classificatiesysteem opgezet dat de explosibiliteit van gesteentemassa verdeelt in vijf graden. De toepassing van het model op de Songxian-goudmijn leverde de volgende specifieke evaluaties op:

• Meetpunt 1 (Gemodificeerde Kataclastiet): Geëvalueerd als Graad III (Gemiddeld). De treksterkte was 5,32 MPa, de golfsnelheid 4629,63 m/s, de integriteit 36 en de dichtheid 2539 kg/m³.
• Meetpunt 2 (Daciet): Geëvalueerd als Graad IV (Moeilijk). De treksterkte was 7,81 MPa, de golfsnelheid 4984,13 m/s, de integriteit 60 en de dichtheid 2745 kg/m³.
• Meetpunt 3 (Daciet): Geëvalueerd als Graad IV (Moeilijk). De treksterkte was 9,54 MPa, de golfsnelheid 5163,33 m/s, de integriteit 67 en de dichtheid 2860 kg/m³.

De integrale wegingsresultaten gaven aan dat de Integriteit van de Gesteentemassa ($K_v$) het hoogste gewicht droeg (0,558), gevolgd door Treksterkte (0,262), Eenheidsgewicht (0,060) en Golfsnelheid (0,120).

Betekenis en Claims
Het artikel beweert dat de voorgestelde methode effectief de subjectiviteit van deskundig oordeel balanceert met de objectiviteit van data-gestuurde analyse, waardoor de nauwkeurigheid van de classificatie van de explosibiliteit van gesteentemassa wordt verbeterd. Door gebruik te maken van het Normaal Wolkenmodel, adresseert de methode de onzekerheid in de relatie tussen fysische indicatoren en kwalitatieve explosibiliteitsgraden. De auteurs stellen dat de succesvolle toepassing in de Songxian-goudmijn de praktische bruikbaarheid van de methode aantoont en een betrouwbare leidraad biedt voor het ontwerp van explosies in diepe mijnbouwomgevingen. De studie concludeert dat deze geïntegreerde aanpak een sterke promotie- en toepassingswaarde heeft voor de geotechnische techniek.