权利要求
1.一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建原位充填质量评价体系，确定充填质量评价要素，制定充填质量评价参数;
S2、根据各充填质量评价参数在应用场景的最大变化范围，制定充填质量评价参数量化评分标准，合理划分充填质量评价等级及其对应的充填质量效果和取值范围;量化评分标准为每一项评价参数划分若干个数值区间并为每个区间赋予标准化分数;
S3、根据充填质量评价参数，在工程现场开展对应参数的监测和取样、检测工作，获取现场充填质量多源数据信息;
S4、将得到的充填质量评价参数数据与评分标准中各参数不同评分对应的区间范围进行对照，确定参数值对应的区间，获得充填质量的各评价参数得分;
S5、将各评价参数得分值累积相加，得到充填质量总评分，并将总评分与质量评价分级标准进行对照，获得相应的充填质量评价等级。
2.根据权利要求1所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，S1中，原位充填质量评价体系包括现场监测、数据分析、量化评分、反馈管理;充填质量评价要素包括表观特征、力学性能特征和环境影响;充填质量评价参数包括充填体欠接顶率、充填体体积完整率、充填密实度、充填体压缩纵向变形、压缩横向变形、表观裂纹面积占比、抗压强度、均匀性指数、重金属超标指数和充填体钻孔取芯质量。
3.根据权利要求2所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，S1中，充填体欠接顶率为充填体欠接顶量与充填区域高度的比值;
充填体体积完整率为现存充填体体积与充填体原始体积的比值，计算公式为：
Pv=1-Vb/Vo;
Pv为充填体体积完整率，Vb为充填体剥落劣化后的碎块体积，Vo为充填体原始体积;
充填密实度为充填体取样测试得到的孔隙率，测试方法为压汞法、核磁共振技术以及孔隙率测试仪三种方法中的一种;
充填体压缩纵向变形为充填体在地下受到覆岩压缩后产生的纵向应变，计算公式为：
εz=HC/Ho;
εz为充填体纵向应变，HC为充填体纵向压缩量，Ho为充填体原始高度;
压缩横向变形为与原始充填体相比，充填体受压后发生的横向变形量;
表观裂纹面积占比为充填体受压后表面出现的裂纹开度剖面面积占充填体表面的百分比;
均匀性指数为采场内不同位置强度值的离散程度，测试位置数量为不少于5个的单数，采用总体方差计算结果表征均匀性指数;
充填体钻孔取芯质量为每次进尺中大于5cm充填体的累计长度与钻孔进尺长度之比。
4.根据权利要求3所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，充填体欠接顶量采用人工标尺测量和扫描测距测量两种方法之一;充填体体积和碎块体积采用标尺测量法和称重排水法测量;充填体压缩纵向变形和压缩横向变形采用标尺测量法和定点测距法;表观裂纹面积占比采用三维表面扫描仪和拍照结合图像处理软件ImageJ计算充填体裂纹面积和表面面积;抗压强度采用取样压缩测试法;钻孔取芯采用现场充填体钻孔取样测量计算获得。
5.根据权利要求3所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，S1中，重金属超标指数为充填体中砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度与其对应的《地下水质量标准》中Ⅲ类水质标准值的比例之和，且只要出现任何一种重金属浸出浓度超过Ⅴ类地下水质量标准，重金属超标指数均计为1分;重金属超标指数采用以下公式计算：
Phm=CAs/0.01+CCd/0.005+CPb/0.01+CZn/1+CHg/0.001+CCr/0.05+CNi/0.02+CMn/0.1+CCu/1+CSe/0.1;
其中，Phm为重金属超标率，CAs、CCd、CPb、CZn、CHg、CCr、CNi、CMn、CCu、CSe分别为砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度。
6.根据权利要求5所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，重金属浸出浓度采用标准HJ557-2010获得。
7.根据权利要求5所述的一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，其特征在于，S5中，充填质量总评分计算公式为：
Ptotal=5×na+4×nb+3×nc+2×nd+1×ne;
其中，Ptotal为总评分，na、nb、nc、nd、ne分别为得分为5、4、3、2、1的评价参数数量，且na+nb+nc+nd+ne=10。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿区修复评价技术领域，尤其是涉及一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法。
背景技术
[0002]地下矿山充填开采已成为处废、降沉、减损、保水、防冲等兼具多种作用的绿色开采方法，近年来已得到广泛研究和应用。地下采空区充填开采过程中和充填后，充填质量是矿山企业重点关注的指标，也关系着岩层控制与地表减沉等充填效果。之前对于地下开采充填质量的关注往往聚焦于充填体的安全稳定性、充填控顶减沉效果等方面，对于充填质量的描述和评价指标较为单一，充填质量的标准和定义也因地而异，因人而异，因充填场景和目的而异，缺乏统一的、全面的和定量的评价标准，例如在控顶减沉场景中，人们对于充填质量的关注更多侧重于充填体的接顶效果、充实率;在沿空留巷场景中，人们更多关注充填体的压缩变形和安全稳定性。另外，人们对于充填质量的评价更多涉及到充填体的物理力学特征，而对于井下矿井水复杂条件下的环境影响的关注较少，从而忽视了众多充填场景中的潜在环境风险。因此，针对上述背景和问题，需要提出一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，以弥补地下充填质量评价标准不统一和指标不全面，评价参数模糊、因人而异且评价结果无法量化衡量等不足。
发明内容
[0003]本发明的目的是提供一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，弥补矿山固废在地下采空区充填后的充填质量量化评价标准缺失，解决原位采空区充填质量评价方法不统一造成的充填质量评价结果因人而异的情况，以及评价过程中参数信息的选取随机性强、过度依赖个人经验等的问题，实现地下矿山开采固废原位充填质量评价标准规范统一且具有广泛性，用于不同充填场景和工程中对充填质量的全过程、多维度、定量化评价。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，包括以下步骤：
S1、构建原位充填质量评价体系，确定充填质量评价要素，制定充填质量评价参数;
S2、根据各充填质量评价参数在应用场景的最大变化范围，制定充填质量评价参数量化评分标准，合理划分充填质量评价等级及其对应的充填质量效果和取值范围;量化评分标准为每一项评价参数划分若干个数值区间并为每个区间赋予标准化分数;
S3、根据充填质量评价参数，在工程现场开展对应参数的监测和取样、检测工作，获取现场充填质量多源数据信息;
S4、将得到的充填质量评价参数数据与评分标准中各参数不同评分对应的区间范围进行对照，确定参数值对应的区间，获得充填质量的各评价参数得分;
S5、将各评价参数得分值累积相加，得到充填质量总评分，并将总评分与质量评价分级标准进行对照，获得相应的充填质量评价等级。
[0005]优选的，S1中，原位充填质量评价体系包括现场监测、数据分析、量化评分、反馈管理;充填质量评价要素包括表观特征、力学性能特征和环境影响;充填质量评价参数包括充填体欠接顶率、充填体体积完整率、充填密实度、充填体压缩纵向变形、压缩横向变形、表观裂纹面积占比、抗压强度、均匀性指数、重金属超标指数和充填体钻孔取芯质量。
[0006]优选的，S1中，充填体欠接顶率为充填体欠接顶量与充填区域高度的比值;
充填体体积完整率为现存充填体体积与充填体原始体积的比值，计算公式为：
Pv=1-Vb/Vo;
Pv为充填体体积完整率，Vb为充填体剥落劣化后的碎块体积，Vo为充填体原始体积;
充填密实度为充填体取样测试得到的孔隙率，测试方法为压汞法、核磁共振技术以及孔隙率测试仪三种方法中的一种;
充填体压缩纵向变形为充填体在地下受到覆岩压缩后产生的纵向应变，计算公式为：
εz=HC/Ho;
εz为充填体纵向应变，HC为充填体纵向压缩量，Ho为充填体原始高度;
压缩横向变形为与原始充填体相比，充填体受压后发生的横向变形量;
表观裂纹面积占比为充填体受压后表面出现的裂纹开度剖面面积占充填体表面的百分比;
均匀性指数为采场内不同位置强度值的离散程度，测试位置数量为不少于5个的单数，采用总体方差计算结果表征均匀性指数;
充填体钻孔取芯质量为每次进尺中大于5cm充填体的累计长度与钻孔进尺长度之比。
[0007]优选的，充填体欠接顶量采用人工标尺测量和扫描测距测量两种方法之一;充填体体积和碎块体积采用标尺测量法和称重排水法测量;充填体压缩纵向变形和压缩横向变形采用标尺测量法和定点测距法;表观裂纹面积占比采用三维表面扫描仪和拍照结合图像处理软件ImageJ计算充填体裂纹面积和表面面积;抗压强度采用取样压缩测试法;钻孔取芯采用现场充填体钻孔取样测量计算获得。
[0008]优选的，S1中，重金属超标指数为充填体中砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度与其对应的《地下水质量标准》中Ⅲ类水质标准值的比例之和，且只要出现任何一种重金属浸出浓度超过Ⅴ类地下水质量标准，重金属超标指数均计为1分;重金属超标指数采用以下公式计算：
Phm=CAs/0.01+CCd/0.005+CPb/0.01+CZn/1+CHg/0.001+CCr/0.05+CNi/0.02+CMn/0.1+CCu/1+CSe/0.1;
其中，Phm为重金属超标率，CAs、CCd、CPb、CZn、CHg、CCr、CNi、CMn、CCu、CSe分别为砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度。
[0009]优选的，重金属浸出浓度采用标准HJ557-2010获得。
[0010]优选的，S5中，充填质量总评分计算公式为：
Ptotal=5×na+4×nb+3×nc+2×nd+1×ne;
其中，Ptotal为总评分，na、nb、nc、nd、ne分别为得分为5、4、3、2、1的评价参数数量，且na+nb+nc+nd+ne=10。
[0011]因此，本发明采用上述一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，弥补矿山固废在地下采空区充填后的充填质量量化评价标准缺失，解决原位采空区充填质量评价方法不统一造成的充填质量评价结果因人而异的情况，以及评价过程中参数信息的选取随机性强、过度依赖个人经验等的问题，实现地下矿山开采固废原位充填质量评价标准规范统一且具有广泛性，用于不同充填场景和工程中对充填质量的全过程、多维度、定量化评价。
[0012]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0013]图1是本发明一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法实施例的流程图。
具体实施方式
[0014]以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0015]除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0016]实施例一
本发明提供了一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，流程如图1所示，包括以下步骤：
S1、构建原位充填质量评价体系，确定充填质量评价要素，制定充填质量评价参数。
[0017]原位充填质量评价体系包括现场监测、数据分析、量化评分、反馈管理;充填质量评价要素包括表观特征、力学性能特征和环境影响;充填质量评价参数包括充填体欠接顶率、充填体体积完整率、充填密实度、充填体压缩纵向变形、压缩横向变形、表观裂纹面积占比、抗压强度、均匀性指数、重金属超标指数和充填体钻孔取芯质量。
[0018]充填体欠接顶率为充填体欠接顶量与充填区域高度的比值。
[0019]充填体体积完整率为现存充填体体积与充填体原始体积的比值，计算公式为：
Pv=1-Vb/Vo;
Pv为充填体体积完整率，Vb为充填体剥落劣化后的碎块体积，Vo为充填体原始体积。
[0020]充填密实度为充填体取样测试得到的孔隙率，测试方法为压汞法或核磁共振技术或孔隙率测试仪。
[0021]充填体压缩纵向变形为充填体在地下受到覆岩压缩后产生的纵向应变，计算公式为：
εz=HC/Ho;
εz为充填体纵向应变，HC为充填体纵向压缩量，Ho为充填体原始高度。
[0022]压缩横向变形为与原始充填体相比，充填体受压后发生的横向变形量。
[0023]表观裂纹面积占比为充填体受压后表面出现的裂纹开度剖面面积占充填体表面的百分比。
[0024]均匀性指数为采场内不同位置强度值的离散程度，测试位置数量为5个以上的单数，采用总体方差计算结果表征均匀性指数。
[0025]充填体钻孔取芯质量为每次进尺中大于5cm充填体的累计长度与钻孔进尺长度之比。
[0026]充填体欠接顶量采用人工标尺测量或扫描测距测量;充填体体积和碎块体积采用标尺测量法和称重排水法测量;充填体压缩纵向变形和压缩横向变形采用标尺测量法和定点测距法;表观裂纹面积占比采用三维表面扫描仪和拍照结合图像处理软件ImageJ计算充填体裂纹面积和表面面积;抗压强度采用取样压缩测试法;钻孔取芯采用现场充填体钻孔取样测量计算获得。
[0027]重金属超标指数为充填体中砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度与其对应的《地下水质量标准》中Ⅲ类水质标准值的比例之和，且只要出现任何一种重金属浸出浓度超过Ⅴ类地下水质量标准，重金属超标指数均计为1分;重金属超标指数采用以下公式计算：
Phm=CAs/0.01+CCd/0.005+CPb/0.01+CZn/1+CHg/0.001+CCr/0.05+CNi/0.02+CMn/0.1+CCu/1+CSe/0.1;
其中，Phm为重金属超标率，CAs、CCd、CPb、CZn、CHg、CCr、CNi、CMn、CCu、CSe分别为砷、镉、铅、锌、汞、六价铬、镍、锰、铜、硒10种重金属浸出浓度。重金属浸出浓度采用标准HJ557-2010获得。
[0028]S2、根据各充填质量评价参数在应用场景的最大变化范围，制定充填质量评价参数量化评分标准，合理划分充填质量评价等级及其对应的充填质量效果和取值范围;量化评分标准为每一项评价参数划分若干个数值区间并为每个区间赋予标准化分数。本实施例提供了一种充填质量参数量化评分标准，如下表所示：
[0029]充填质量评价等级分为A、B、C、D和E等级，分别对应优、良好、中等、偏差、差的充填质量效果，分别对应总得分为50、49-40、39-30、29-20、19-10。
[0030]S3、根据充填质量评价参数，在工程现场开展对应参数的监测和取样、检测工作，获取现场充填质量多源数据信息。
[0031]S4、将得到的充填质量评价参数数据与评分标准中各参数不同评分对应的区间范围进行对照，确定参数值对应的区间，获得充填质量的各评价参数得分。
[0032]S5、将各评价参数得分值累积相加，得到充填质量总评分，并将总评分与质量评价分级标准进行对照，获得相应的充填质量评价等级。充填质量总评分计算公式为：
Ptotal=5×na+4×nb+3×nc+2×nd+1×ne;
其中，Ptotal为总评分，na、nb、nc、nd、ne分别为得分为5、4、3、2、1的评价参数数量，且na+nb+nc+nd+ne=10。
[0033]为验证本实施例所述方法的可靠性，以淮南地区某煤矿原位膏体充填工程为例进行充填质量评价。
[0034]充填工作面倾向长度100m，采高3m，通过人工测量得到采空区充填体高度为2.9-2.95m，欠接顶量为0.1-0.05m，欠接顶率最大仅为3.33%，小于5%，该项评分为5分。
[0035]通过现场充填体剥落劣化的碎块体积为不足0.5-1 m3，单个充填步距为1m，则体积完整率≥99%，该项评分为5分。
[0036]通过压汞法测试得到膏体充填体的孔隙率为15.6%，该项评分为4分。
[0037]现场测得充填体纵向压缩量为335mm，充填体最大纵向应变为0.12，该项评分为3分。
[0038]充填体横向压缩量为15.5mm，该项评分为4分。
[0039]通过拍照测量充填体表面裂纹最大约为0.3m2，单个充填步距1m的充填体面积为3m2，表面裂纹面积最大占比为10%，该项评分为4分。
[0040]通过单轴抗压强度测试得到充填体试件的强度范围在7.5-6MPa，该项取值为3分。
[0041]选取充填体的上中下不同位置的5个位置，钻取岩芯并制作50×100mm的标准试件，测得抗压强度值分别为7.25MPa、6.8MPa、7.05MPa、6.5MPa和6.1MPa，计算得到总体方差值为0.17，该项评分为5分。
[0042]通过对充填体取样检测重金属含量，测得重金属含量分别为砷0.005mg/L、镉0.003 mg/L、铅0.004 mg/L、锌0.8mg/L、汞0.0006mg/L、六价铬0.03mg/L、镍0.015 mg/L、锰0.09 mg/L、铜0.6 mg/L、硒0.04 mg/L，计算得到重金属超标率值为6.15，该项评分为5分。
[0043]通过现场对充填体钻孔取芯，测量得到样品完整性好，均大于5cm，该项评分为5分。
[0044]综合上述评分，得到总得分为40，根据充填质量评价等级及其对应分析，最终谢桥煤矿膏体充填质量评价等级为优秀等级，说明现场充填综合质量高，综合充填效果良好。
[0045]因此，本发明采用上述一种地下矿山开采原位充填质量多源信息量化评价方法，弥补矿山固废在地下采空区充填后的充填质量量化评价标准缺失，解决原位采空区充填质量评价方法不统一造成的充填质量评价结果因人而异的情况，以及评价过程中参数信息的选取随机性强、过度依赖个人经验等的问题，实现地下矿山开采固废原位充填质量评价标准规范统一且具有广泛性，用于不同充填场景和工程中对充填质量的全过程、多维度、定量化评价。
[0046]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
说明书附图(1)
