地下磷矿开采岩爆机理及防治对策

随着地下工程的不断发展,岩爆成为严重影响施工安全的地质灾害,为了研究岩爆发生机理及防治措施,以宜昌后坪磷矿岩爆灾害为工程背景,现场采取后坪磷矿岩爆区域岩样,运用GCTS系统岩石三轴仪进行室内岩石三轴试验,分析围岩物理力学参数,通过岩爆预测深度判据,预测岩爆发生的深度,并利用三轴试验下的声发射三维定位技术,分析岩爆发生机理,并为工程岩爆预防及处理提供对应措施。     

硬岩矿山深井岩爆预测方法的研究

从深井岩爆的显现特征入手, 论述了深井岩爆的影响因素及形成机理, 建立了深井岩爆的预测体系, 并运用所建立的预测体系对高峰矿100 号矿体的岩爆倾向性进行了预测, 所获结果在生产实践中得到了验证。     

某磷矿巷道岩爆机理及倾向性预测

随着地下开采的不断发展,岩爆已经成为影响安全和效益的工程难题。为了研究岩爆发生机理及预测巷道岩爆活动,以宜昌后坪磷矿为工程背景,现场采取巷道围岩及矿层岩样,首先进行室内单轴试验以及GCTS系统下的岩石三轴试验,获取围岩及矿样的物理力学参数,并利用岩石脆性系数分析围岩和矿样的岩爆倾向性。在此基础上,通过三轴试验下的声发射三维定位技术,分析岩爆发生机理,并用三维快速拉格朗日差分分析法对巷道开挖进行数值模拟,利用岩爆判据预测岩爆活动。结果表明:巷道围岩及矿层均具有岩爆倾向,巷道开挖后底板两侧有可能发生岩爆,这与现场情况相符合。该研究结果为深部磷矿开采的岩爆防治对策提供了理论依据。     

金属矿深部开采岩爆危险预测的GA-ELM模型研究

为对金属矿山深部开采时岩爆的危险性进行预测,在总结深部开采岩爆发生机理的基础上,综合选取影响岩爆发生的3个重要因素作为岩爆预测的判别因子。搜集国内外金属矿深部开采岩爆的实例作为训练样本,引入极限学习机算法(ELM),针对该算法的不足,采用遗传算法(GA)对其相关参数进行优化,建立了岩爆预测的GA-ELM模型,并与单一ELM模型进行对比。利用该岩爆预测模型对一典型金属矿深部开采进行岩爆预测,结果与实际情况相吻合。研究结果表明,岩爆预测的GA-ELM模型训练效果及泛化能力均优于单一ELM模型、SVM模型及传统的BP模型,且该模型能够对金属矿深部开采的岩爆进行准确有效地预测,具有一定的工程应用价值。     

岩爆研究进展及发展趋势

从岩爆形成机理、岩爆预测和岩爆防治措施3方面阐述了国内外岩爆研究的现状及进展,指出了目前岩爆研究存在的几个问题以及发展趋势.     

太平驿水电站引水隧洞的岩爆及其防治

描述了太平驿电站引水隧洞中的岩爆现象，总结了其规律和特征，扼要介绍了岩爆的成因、机理及其预测预报和防治措施，并简述了防治岩爆的效果，针对以后岩爆工程的设计与施工提出了有益的建议。     

深部巷道岩爆的发生机理及防治对策

通过对平煤十二矿和八矿发生的岩爆现象进行统计分析,发现该地区岩爆现象有一定的规律性,对岩爆现象的性质、发生机理有了初步的认识。实践证明,采用电磁辐射法对岩爆的危险性进行评价及预测预报是可行有效的。通过实施钻孔卸压解围措施,减轻了岩爆发生的危险性和强度。     

RBF神经网络在岩爆预测上的运用

岩爆是煤矿生产中常见的动力灾害,岩爆的预测一直是矿井灾害预测中的难点。由于岩爆的发生突然、机理复杂、干扰和影响因素多,因此很难对岩爆进行有效的预测。人工神经网络具有并行分布处理与存储、高度容错、自组织、自适应和自学习功能,能分析较为复杂的非线性系统。文中以MATLAB7.0为开发环境,利用其神经网络工具箱的RBF网络,通过一套权值和阀值来仿真模拟岩爆对岩爆进行预估。通过实际模拟表明利用RBF神经网络对岩爆进行预估是一种成功的的方法,其预测结果与实际情况相一致,说明利用该网络模型对岩爆的预测是可靠的。     

基于Info-gap理论的巷(隧)道围岩岩爆稳健可靠性预测

鉴于岩爆倾向性围岩对其参数变化的强敏感性,考虑巷(隧)道围岩物理、力学、环境等参数的变化幅度,建立了基于Info-gap理论的Info-gap模型、稳健函数及评价模型,定义了具有明确含义的安全系数。采用抗力—荷载模型,基于岩爆烈度分级标准,建立了岩爆预测的功能函数。通过工程实例验证了基于Info-gap理论的岩爆预测模型的可靠性,并探讨了各参数对岩爆预测结果的影响。结果表明:基于Info-gap理论的岩爆预测模型是合理和适用的;通过岩爆预测评价模型,可实现对强烈岩爆、中等岩爆、弱岩爆和无岩爆的连续评价预测;若评价结果为强烈岩爆,则中等岩爆和弱岩爆必发生,若评价结果为中等岩爆,则弱岩爆必发生;随支护力的增加,稳健可靠度指标增加,支护对岩爆烈度降低及岩爆发生与否有重要控制性作用;对于巷(隧)道围岩内部而言,所处位置不同,稳健可靠度指标不同,代表其岩爆烈度不同,通过稳健可靠性分析可得出不同岩爆烈度的岩爆深度;地应力值的变化对岩爆烈度及岩爆发生与否有重要影响。研究结果可为岩爆预测及控制提供依据。     

支持向量机在岩爆预测中的应用

岩爆是高地应力地下工程中的地质灾害之一,其影响因素存在极其复杂的非线性关系。选取岩石抗压强度、抗拉强度、弹性能量指数和洞壁最大切向应力作为岩爆预测的特征向量,建立岩爆预测的支持向量机模型,对岩爆的发生及其烈度进行预测。预测结果与实际情况及其他方法相吻合,表明支持向量机在岩爆预测中的可行性和有效性。     

深部巷(隧)道围岩的劈裂岩爆试验研究

围岩浅部发生的爆裂松脱、片状剥落、有声响、岩片弹射等岩爆现象,多属于劈裂破坏机制.针对硬脆完整围岩浅部的劈裂岩爆现象,采用辉长岩试样,进行真三轴加卸载试验,真实模拟实际围岩的应力演化并且实现了小主应力方向的单面卸载.为便于对比分析,同时进行了双轴压缩试验,最后根据试验结果分析了卸荷劈裂岩爆机理.两种试验方法均得到了不同程度的劈裂岩爆现象,但卸荷岩样发生劈裂岩爆所需的大主应力比双轴压缩试验下的要小很多;两者的劈裂岩爆范围不同,卸荷劈裂岩爆均产生在卸荷面附近区域,这与实际的岩爆情况一致;中间主应力对围岩发生劈裂及劈裂程度起重要作用;研究结果为分析劈裂岩爆发生条件和劈裂岩爆机理以及工程预测预报提供依据.     

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。     

应力松弛岩爆试验及演化模型研究

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,对具有岩 爆倾向性的辉长岩开展了单轴压缩应力松弛岩爆试验,得出 了两类应力松弛规律和岩爆演化过程,建立了应力松弛模 型,定义了应力松弛损伤变量,分析了应力松弛岩爆过程与 机理。结果表明,应力松弛岩爆过程可分为两类:第一类经 过迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,此类可能发生 轻微到中等的局部岩爆,且集中在衰减阶段出现,最终趋于 稳定;第二类经过逐渐衰减、迅速衰减和丧失3个演化阶段, 全过程均伴随有轻微到中等岩爆发生,最终发生强岩爆或整 体爆裂。整个应力松弛岩爆经历了裂纹萌生、扩展、贯通、爆 开、颗粒和岩片弹射等复杂过程,直至最终发生整体爆裂。 分数阶模型能较好反映第一类松弛演化阶段,其对预测分析 符合此应力松弛规律的轻微到中等岩爆是适合的,但不能反 映第二类松弛岩爆演化过程。依据定义的应力松弛损伤变 量,第一类应力松弛岩爆过程经过加速损伤、缓慢损伤和稳 定3个演化阶段,第二类经过缓慢损伤、加速损伤和失稳岩 爆3个演化阶段。研究结果对岩爆机理、预测预警及硬岩长 期稳定性分析等具有很好的指导作用。     

基于信念网络的岩爆倾向性预测模型研究

为了在岩爆预测精确度和工程实用性之间寻找平衡点,提出基于信念网络的岩爆等级预测模型,综合考虑岩爆的发生机理和目前已有的判别依据,选取最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值等因素作为评价指标。在专家论证的样本数据集的基础上,采用梯度下降法对输入不完备信息进行预测优化;应用NETICA软件对已有的样本信息进行统计训练后获得节点间的概率分布,分析了各判据节点与目标节点的敏感度。利用该预测模型对工程实例进行分析预测,验证了模型的可行性,为岩爆等级预测提供一种新的方法和途径。     

基于PCA-SVM的岩爆预测

岩爆是深部地下工程开挖掘进过程中常见的地质灾害,具有显著的随机性、突发性和复杂性,随着深埋工程的增多,岩爆预测的重要性日益凸显。根据岩爆的影响因素、特点及成因,选取了围岩切向应力σθ,单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、脆性系数σc/σt、应力系数σθ/σc和冲击倾向性指数Wet等6个主要预测指标。首先用主成分分析法(PCA)对原始数据预处理,不仅消除了指标之间的相关性,而且降低了维度;然后使用粒子群算法(PSO)去优化支持向量机的惩罚c和核函数参数g,建立基于主成分分析和粒子群支向量机(PCA-PSOSVM)的岩爆预测模型,并将PCA-PSOSVM的预测结果与支持向量机(SVM)模型和人工神经网络(ANN)模型的预测结果进行比较。结果表明:PCA-PSOSVM模型的判别准确率比SVM模型和ANN模型高。     

岩爆预测预报方法及防治技术

通过对平煤集团十二矿发生岩爆现象的统计分析、电磁辐射法预测预报岩爆危险性可行性、爆破卸压解危措施效果等多方面的研究,提出岩爆的预测预报方法及防治措施,并在现场进行了工业性试验。现场应用表明,利用电磁辐射法对岩爆的危险性进行评价及预测预报、爆破卸压措施防治岩爆发生是可行的、有效的。     

岩爆有关问题的研究现状

从岩爆形成机制、岩爆的特点及烈度分级、岩爆的预测方法和岩爆的防治措施等方面进行综合分析,较为系统地阐述了岩爆有关问题的研究现状.     

深部开采岩爆理论研究现状评述

随着矿山开采深度的增加,岩爆已经成为一种越来越突出的潜在威胁,极大地威胁着矿山施工人员和设备的安全。本文针对岩爆概念、类型、形成机理、影响因素、发生判据、预测与防治的研究现状,进行了归纳分析和评述。     

小厂坝矿区岩爆倾向性研究

岩爆倾向性是研究岩爆发生机理及发生机制的基础,本文采用脆性岩爆指标、Barton岩爆指标、弹性变形能岩爆指标和冲击能岩爆指标对矿体及上盘、下盘主要围岩进行了岩爆倾向性研究,根据各指标的评价结果进行了综合评判。研究结果显示,矿体和下盘围岩属于强岩爆倾向性,在矿体开采过程中,应加强对地压变化的监测,采取适当措施,采用合理的开采方式及开采顺序,降低岩爆发生的概率和强度。     

我国地下金属矿山岩爆灾害发生机制及预测方法研究进展

岩爆是金属矿地下开采中难以回避的一种动力学地质灾害,其发生频率和程度将会随着金属矿山采深不断增加而愈加严重,岩爆至今仍是岩石力学领域的世界性难题。首先总结了我国金属矿山岩爆灾害的发生现状,然后重点围绕岩爆发生机制及岩爆预测两方面,探讨了我国金属矿山岩爆的研究进展,并基于能量理论提出了一种岩爆灾害预测的新方法。研究表明:(1)室内压缩试验是岩爆机制研究的最主要手段,根据试样受力条件可分为单轴加载、双轴加载、真三轴加载及动静组合加载;岩爆的力学机制可归纳为压致拉裂、压致剪切拉裂和弯曲鼓折3种。(2)指标判据法和数学模型方法是国内外学者最普遍关注的岩爆预测手段;指标判据法是针对某一工程的经验性总结,不具普遍性;数学模型方法无法获得岩爆影响因素的内在作用机制,可解释性较差。在上述分析的基础上,对岩爆机制及岩爆预测的研究方向进行了展望,供后续工作参考。