Bayesian data analysis to quantify the uncertainty of intact rock strength

One of the main difficulties in the geotechnical design process lies in dealing with uncertainty. Uncertainty is associated with natural variation of properties, and the imprecision and unpredictability caused by insufficient information on parameters or models. Probabilistic methods are normally used to quantify uncertainty. However, the frequentist approach commonly used for this purpose has some drawbacks.First, it lacks a formal framework for incorporating knowledge not represented by data. Second, it has limitations in providing a proper measure of the confidence of parameters inferred from data. The Bayesian approach offers a better framework for treating uncertainty in geotechnical design. The advantages of the Bayesian approach for uncertainty quantification are highlighted in this paper with the Bayesian regression analysis of laboratory test data to infer the intact rock strength parameters σ_(ci) and m_i used in the Hoek-Brown strength criterion. Two case examples are used to illustrate different aspects of the Bayesian methodology and to contrast the approach with a frequentist approach represented by the nonlinear least squares(NLLS) method. The paper discusses the use of a Student's t-distribution versus a normal distribution to handle outliers, the consideration of absolute versus relative residuals, and the comparison of quality of fitting results based on standard errors and Bayes factors. Uncertainty quantification with confidence and prediction intervals of the frequentist approach is compared with that based on scatter plots and bands of fitted envelopes of the Bayesian approach. Finally, the Bayesian method is extended to consider two improvements of the fitting analysis. The first is the case in which the Hoek-Brown parameter, a, is treated as a variable to improve the fitting in the triaxial region. The second is the incorporation of the uncertainty in the estimation of the direct tensile strength from Brazilian test results within the overall evaluation of the intact rock strength.     

王坡煤矿煤层顶板稳定性主控因素分析

煤炭开采过程中极易发生顶板事故。基于王坡煤矿的地质条件，利用钻孔、井下钻探、物探、生产揭露资料，分别对该矿煤层顶板沉积特征、煤层顶板岩石结构特征进行系统分析研究，通过实验室室内测试，获取了煤层顶板岩石抗压强度、泊松比、坚固性系数、黏聚力等物理力学性质指标，最终确定了影响煤层顶板稳定性相关因素；运用层次分析法确定影响因素的权重值，得出岩石力学性质是影响煤层顶板稳定性的主控因素。研究可为类似煤矿顶板稳定性因素分析提供借鉴。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

二里河铅锌矿井下支护方案综述

为总结出一套适合矿山实际的支护方案，二里河铅锌矿在矿山生产的20余年里，引进了多种支护工艺进行试验。矿山根据井巷、硐室所处工程环境，确定了锚杆、钢筋、钢架、混凝土进行单一或组合支护的方案，特别是千枚岩内12.4 m跨度的提升机硐室支护方式与参数，对矿山软弱岩层大跨度硐室工程支护具有参考价值。采场则按照急倾斜、缓倾斜矿体上盘千枚岩支护为例，分别列举了锚杆、锚杆+锚索支护的工程方案。采场联络巷、矿房行人通道等区域利用支柱+横梁临时支护。不但提高了采场作业安全性，也使采矿损失率降低5%，贫化率降低7%。     

前和煤业东胶带运输大巷钻孔卸压围岩控制技术

为有效解决前和煤业3#煤层东胶带大巷在原有锚网索支护下围岩变形量大的问题,结合巷道变形特征,确定采用钻孔卸压技术,采用理论分析和数值模拟的方式确定卸压钻孔在修巷作业前,垂直于巷帮打设,钻孔深度为8 m,结合巷道的具体条件确定巷道采用卸压钻孔+让压支护的围岩控制方案,并采用矿压监测验证支护效果。结果表明:支护方案实施后,顶底板和两帮的最大移近量分别为141 mm和132 mm,有效解决了巷道两帮及底板鼓起量大的问题,保证了巷道围岩的稳定性。     

火成岩侵入区煤层巷道支护方案数值模拟分析

本文以永定庄矿3-5^#层盘区皮带巷为研究对象,针对火成岩侵入区掘进顶板易冒落、锚索锚固效果差等工程问题,对破碎全煤巷进行了支护设计。根据火成岩侵入区巷道优化设计试验段的实际工程情况,建立了合理的数值模型,对掘进期间巷道的支护效果进行模拟分析,确定了最优的巷道支护方案。     

深埋矿体移动带三维圈定方法及应用

针对深埋矿山开采移动带二维圈定方法工作量大、精度低且难以满足日益增长的经济效益需求的问题，提出了一种深埋复杂矿体移动范围三维确定方法。结合沙岭金矿千米深井工程实例，在移动范围确定过程中，借助先进的3D建模技术获得三维矿山模型。该模型可以实现各类地质体的可视化，直观地展示其形态与产状，清晰地反映各构成因素间的相互关系。在3D模型中截取的特征剖面与经典移动带圈定岩移参数获取方法相结合，能轻松获得各特征剖面上的岩移参数值。通过给定的岩移参数值进而确定各特征剖面上的地表移动边界点，将各移动边界点连接即可实现矿山移动范围的圈定。研究结果表明，基于三维地质建模技术的移动带圈定方法合理可行，确定的纱岭金矿地表移动带能够兼顾安全生产与经济效益，为矿山生产开发奠定了有益基础，为类似矿山提供了有益借鉴。     

煤矿冲击矿压预测和防治技术浅析

结合镇城底煤矿22605工作面的地质情况和矿压情况,提出了煤炭生产中冲击矿压的预测和防治措施。通过对22605工作面的地质情况和监测数据分析处理并探究了该工作面矿压显现规律,为其设计了一套适合本工作面的冲击矿压监测和防治体系。防治体系有预防和临时解危双重防治措施,从这两方面考虑可以做到全面防治冲击矿压。该体系可以实现矿井的安全生产,保证工作人员的安全。另通过分析冲击矿压发生的基本原理和监测到的数据,建立煤矿冲击矿压防治体系,能够及时有效地将蕴含在煤体中的冲击矿压释放和消除,达到安全生产的目的。     

刀刃角与岩石节理倾角对盘型滚刀破岩效率的影响

为了研究节理倾角与刀刃角对滚刀破岩效率的影响,运用ABAQUS有限元分析软件,采用Druker-Prager弹塑性本构模型模拟岩石材料,使用不同刀刃角的滚刀对不同节理倾角的岩石进行滚切加工,并结合破岩比能理论研究破岩效率,以破岩比能最小为依据确定不同节理倾角下的最优刀刃角。研究结果表明:不论倾角如何,节理层处的岩石破碎效果优于其他地方的破碎效果;在节理倾角为0°和30°时,滚刀的破岩比能呈波动的趋势,而且最优刀刃角为60°;在节理倾角为60°时,最优刀刃角为45°~50°;在节理倾角为90°时,最优刀刃角为40°~45°;随着节理倾角的增加,最优刀刃角呈不断减小趋势。该研究结果可为不同地质条件下盾构施工时的刀具选型提供一定的理论依据。     

塔山矿新型27 mm高强玻璃钢锚杆技术应用

由于塔山矿回采巷道均为放顶煤开采，矿压显现明显，巷道断面大，在回采过程中尾顺槽围岩变形量大，致使使用传统普通玻璃钢锚杆支护时出现杆体被拉断、杆体尾部被剪断等支护失效现象。为了解决上述问题，采用新型27 mm高强玻璃钢锚杆对塔山矿8112工作面进行试验。试验结果表明，在保证采掘安全的前提下，使用新型锚杆取代普通锚杆，可以大大提高巷道支护的稳定性，节约巷道支护成本，保证施工工期正常完成，同时提高工作面回采效率。采用新型锚杆后，使巷道支护兼具安全、经济双重效益，同时对全矿井以及其他所有同类型矿井类似回采巷道，具有积极的推广和借鉴意义。