基于非线性混沌理论的岩爆预测方法展望

在回顾总结几十年来国内外岩爆预测预报的历史经验的基础上，结合近年来蓬勃发展的非线性理论，从岩土体天然的非线性本质出发，提出以非线性混沌理论作为基本出发点来研究非线性的岩爆问题的思路。     

基于组合赋权-改进集对分析的岩爆倾向性预测研究

岩爆是地下工程中的主要地质灾害之一,具有强破坏性、不确定性、突发性等特点。为准确、有效地预测地下工程中的岩爆倾向性,基于组合赋权-改进集对分析理论,建立了岩爆倾向性预测模型。首先从岩性、应力、围岩3个方面确立预测指标;其次利用组合数有序加权平均算子赋权法（Combination Weighting Averaging,C-OWA）、关联准则重要性赋权法（Criteria Importance Though Intercrieria Correlation,CRITIC）、博弈论分别计算出主观权重、客观权重,组合权重;最后将传统集对分析理论中的三元联系度改进为四元联系度,用改进后的集对分析理论计算出综合联系度来预测出岩爆等级。将该模型应用于西藏甲玛铜多金属矿等工程的岩爆倾向性预测中,得出该矿的综合联系度为[u1=-0.302 9],为弱岩爆,与实际相符。研究表明：所建立的模型适用于岩爆倾向性预测,与交互式多准则决策预测模型和逼近理想解排序法预测模型对比,准确性、可靠性较优,为岩爆倾向性预测提供了一种新的途径。     

基于微震监测的岩体稳定性预测模型

以江西某钨矿为工程背景,针对岩爆发生破坏性破坏前,其监测数据会突然出现变化这一现象,建立关于岩爆的灰色-突变预测模型。运用灰色建模理论对该矿山328中段313采场相邻的岩爆活动区域内地震能量累计值序列进行处理分析,同时,运用尖点突变模型对拟合序列的突变性进行分析,对岩爆发生的时间位置进行预测,成功预测到一次破坏性岩爆事件,提高了岩爆预测的准确性,说明了灰色-突变预测模型的有效性,具有重要的生产实际意义。     

基于混沌理论的掘进工作面煤与瓦斯突出特征研究

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象,属于非线性动力系统在时空演化过程中的灾变行为。探索煤与瓦斯突出的规律性,对预防煤与瓦斯突出具有非常重要的理论和实践意义。为此,针对某掘进工作面的2组瓦斯涌出数据,应用非线性理论对其进行研究,探索煤与瓦斯突出预测的新方法。首先对经过预处理的时间序列进行相空间重构,分析了时间序列的混沌特征量,证明其混沌特性,并根据时间序列的混沌特征量提出了此时间序列的最大可预测时间。在此基础上,建立了基于混沌特征量的神经网络突出预测模型。     

模糊灰关联模式识别方法在岩爆预测中的应用

将模式识别方法用于岩爆预测研究,选取岩石弹性能量指数、脆性系数和围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值作为岩爆灾害预测的主要影响因子,运用灰色系统理论和模糊数学原理提出了基于模糊灰关联模式识别的岩爆预测方法。利用所提出的方法对冬瓜山铜矿床岩爆倾向与烈度进行了预测研究,研究结果表明,该方法具有较高的预测精度,具有良好的应用前景。     

应用神经网络对矿岩的倾向性进行模糊分类

应用神经网络可以模拟复杂的非线性系统的特性，借鉴冬瓜山铜矿岩爆研究的成果，通过利用神经网络，综合多种岩爆判据，对冬瓜山铜矿的几种主要岩石进行了岩爆倾向性预测，同时提出了在冬瓜山岩爆和地压监测系统中运用神经网络处理监测数据的设想。     

用突变理论预报巷道岩爆发生的可能性

文中进行了巷道岩爆模拟试验,记录岩爆发生过程中的声发射参数,应用空变理论对声发射参数进行分析,建立了巷道岩爆预测预报模型。     

基于混沌神经网络方法的边坡稳定性分析

非线性科学为边坡稳定性分析提供了全新理论。搜集整理了大量边坡稳定或破坏实例,应用混沌神经网络方法构建的混沌神经网络模型,对边坡稳定性进行评价预测。把该方法应用到某露天矿边坡稳定性分析,结果表明混沌神经网络预测结果与传统极限平衡计算结果一致。同时应用该方法进行了影响边坡稳定各因素的敏感性分析,结果表明,内摩擦角、黏聚力、边坡角、边坡高度、重度对边坡稳定的敏感性依次降低。     

岩爆预测的Vague集模型

为合理准确地预测岩爆烈度,提出了一种新的Vague集岩爆预测模型。选取岩石单轴抗压强度、硐室最大切向应力、岩石抗拉强度及岩石弹性能量指数进行分析,并采用Vague熵确定各指标权重。将传统岩爆烈度等级细化为若干微元等级,基于Vague集的相似度量建立岩爆预测模型,根据相似度量曲线预测岩爆烈度等级。将国内外30个岩爆实例参数代入该模型进行验证,结果表明该模型具有较高的准确性。最后将该模型应用于马路坪矿和大相岭隧道的岩爆预测,结果与实际情况相符,且可预测处于同一传统岩爆等级中不同岩爆实例的烈度大小,提高了岩爆预测精度,为岩爆预测提供了一种新方法。     

基于地应力测量的岩爆倾向性预测

根据岩性选择地应力测点的位置,采用套孔应力解除法测得该矿山三维地应力测试结果,线性回归得出最大主应力随深度的变化,使地应力更好地应用于岩爆预测。从岩爆发生的力学、脆性、完整性和储能等四个方面的要求来描述岩爆发生的可能性,系统地提高了岩爆倾向性预测的准确性,并与该矿现场岩爆情况、发生的位置进行对比分析,提出了一套新的简便、完整的岩爆倾向性预测的方法。     

基于微震时间序列的冲击地压混沌特性分析

冲击地压破坏是一非线性动力学过程,因此基于微震时间序列,采用定性和定量方法深入系统的分析其混沌特性,为冲击地压的混沌预测打下基础。简单介绍了微震监测的基本原理和冲击地压的混沌特征显现。在MATLABR2009b环境下,以微震累计能量时间序列为例,应用功率谱方法确定其具有非周期性;采用主成分分析将其与噪声信号区别开来;计算出其最大Lya-punov指数>0,判定系统具有混沌特性;计算出的关联维数描述了系统的混沌程度。     

隧道岩爆的判据与预测预报

通过对圆形隧道围岩应力和开挖后围岩内部裂纹扩展的特点进行分析,采用Griffith强度理论的破坏准则,得到了用岩石抗拉强度表示的隧道开挖中发生岩爆的判据,并可以较好的预测岩爆。根据隧道岩爆的特征提出了采用理论分析法和现场实测法进行预测预报,其研究结果可以为类似工程提供参考。     

深部冲击危险矿井多参量预测预报及解危技术研究

针对深部冲击地压发生机理的复杂性及日趋严重性,对几种常用冲击地压预测手段的机理及适用条件进行分析,提出建立冲击地压多参量预测预报理论并成功应用于义马千秋煤矿的冲击地压预报,并对今后深部冲击地压的预测预报及防治提出了几点建议。     

我国煤矿冲击地压防治现状与难题

随着煤矿开采强度和深度的增加,冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加,政府关注度不断上升,我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展,冲击地压矿井防治能力取得长足的进步,多数冲击地压矿井达到事故可控.基于冲击地压重要研究成果,全面地阐述了冲击地压领域在法规建设、发生机理、监测预警等方面研究进展与发展趋势,同时指明了未来冲...     

煤岩冲击动力灾害连续监测预警理论与技术

为提高煤岩冲击动力灾害的监测预警效果,采用系统的理论研究和集成创新,完善了弹塑脆性突变模型,揭示了煤岩体损伤及冲击动力破坏特征与声发射、微震、电磁辐射等前兆信息的耦合关系,提出了煤岩体冲击破坏前兆信息辨识准则与监测原理,建立了煤岩冲击动力灾害的连续监测预警技术体系,即煤岩冲击动力灾害时间上从早期综合分析预测到实时监测预警,空间上从区域监测预警到局部监测预警、点验证的时空连续监测预警,并按无、弱、中、强4级对煤岩冲击危险进行分级预测预报。应用结果表明:该技术体系可较为有效地判别和预警煤岩冲击动力灾害危险,应用矿井降低煤岩冲击动力灾害显现71%。     

高程影响下爆破振动速度衰减模型优选研究

准确预测爆破振动速度是控制爆破危害的重要内容。为了优选高程影响的质点峰值振速预测模型,基于量纲分析理论,综合考虑了测点与爆源之间的位置信息,重构了峰值振速预测公式。以鞍千矿业露天台阶爆破作业为背景,进行爆破振动监测试验,通过线性与非线性回归拟合法分析不同峰值振速预测模型的适用性。结果表明,考虑高程影响的预测经验公式预测精度均大于萨道夫斯基公式;结合测点与爆区之间的直线距离、水平距离和高程差的预测经验公式的预测精度高于其他预测经验公式;推导的预测模型可以较为准确的预测峰值振速,预测精度为91.60%;非线性回归得出考虑高程影响的预测模型可以更好的表征爆破振动在边坡岩体中的传播规律;优选了适用性较好的峰值振速预测模型,预测精度为91.87%。     

基于SSA-BP神经网络的岩爆烈度等级预测

随着深部开采战略在我国的发展,岩爆愈加成为我国资源开采时必须面对的地质灾害之一。为提高传统误差反向传播（Back Propagation,BP）神经网络模型进行岩爆预测的准确性与有效性,采用麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm,SSA）优化传统BP神经网络,提出一种基于麻雀搜索算法优化BP神经网络的岩爆预测模型(SSA-BP模型)。在考虑岩爆产生的内外因基础上,选取相关岩爆预测指标,利用国内外100例已有工程岩爆数据建立SSA-BP模型,并与传统BP模型、粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）优化支持向量机（Support Vector Machines, SVM）模型对比。结果表明：SSA-BP预测模型的有效性和准确度皆高于传统BP模型和PSO-SVM模型,同时SSA-BP模型训练集的均方误差(Mean Square Error,MSE)为0.081,比传统BP模型（0.25）降低67.7%,可为类似工程的岩爆预测提供科学依据。     

岩爆预测的理论与实践

文章介绍了在天生桥二级水电站隧硐中用有限元方法进行的岩爆数值预测研究工作。数学模型是在实地分析岩爆破坏机制基础上，经过岩爆强度理论及稳定理论分析，并经过物理模型试验验证后建立的。预测结果与后来隧硐中发生的岩爆实际情况接近。