基于微震参数的岩体稳定性评价方法及其在Spark平台的实现

现场微震监测产生了大数据体现了开采诱发岩体损伤及其演化过程。基于大数据技术可以对有效数据进行挖掘，寻求微震数据与岩体损伤之间的定量关系，并同时进行岩体稳定性的动态评价和对潜在失稳灾害的预警。本项目搭建了可与云端进行交互的本地Spark平台，利用在Spark平台上编写的局部异常检测模型及模糊统计程序化分级模型，分别从时间序列和空间定位的角度对石人沟铁矿的微震数据进行了分析，并综合这2种模型的分析结果对石人沟铁矿岩体稳定性进行了评价。研究结果表明：以Spark和云服务器为基础编写的岩体稳定性评价算法可以较好地检测出石人沟铁矿19#~21#线之间大型断层向深部破裂发展，以及16#线附近境界顶柱被完全贯通所引发的岩体性质急剧劣化。以上研究工作是云计算、大数据平台在矿山应用的一次有益尝试，研究成果可以为矿山的安全生产提供参考。     

基于采动应力场与微震活动性的岩体稳定性分析

为了研究采矿活动中的应力场、微震活动规律与围岩稳定性之间的关系,依托石人沟铁矿工程实例,详细分析该矿15号勘探线附近区域地下空区形成及露天坑内排过程中围岩体内部微破裂的产生、聚集及演化规律。利用有限元软件ANSYS建立力学模型,模拟不同采矿活动中的应力场分布。然后通过对比同一时期应力场与微震事件分布状态揭示应力场与微震活动性之间的关系：应力状态的改变会诱发岩体内部微破裂（微震活动性）的产生,应力集中会引起微震事件的区域性聚集。结合现场岩体地质状况,发现高能量微震事件大量聚集的区域岩体破坏程度较周围区域更为严重,说明微震事件所释放的能量及事件密度是岩体内部破坏程度的真实反映,因而将它们作为岩体稳定性的评价指标是可行的。最后,基于对以上关系的认识,结合下阶段矿山应力场分布状况预测了石人沟铁矿可能会发生岩体失稳破坏和地质灾害的危险区域,并提出了相应的防治措施。     

基于微震参数的岩体损伤过程数值模拟分析

为了研究微震监测与岩体损伤之间的关系,本文以石人沟铁矿为工程依托对15-16#勘探线之间的微震事件进行处理,对其时空分布规律进行了研究。初步分析了该区域岩体损伤破坏规律。除此之外,对如何利用微震监测结果研究岩体损伤情况做了如下研究:通过选取岩体实际破坏区域进行计算,确定出地震效率值;通过对考虑损伤的各向同性可释放应变能的研究,利用微震事件能量与该能量的关系建立岩体损伤模型;利用FISH语言将微震监测结果嵌入数值模拟中,利用震源参数确定出微震事件所影响的岩体单元并对其力学参数进行修正,从而达到分析岩体损伤过程的目的。通过对微震活动、岩体损伤程度、塑性区变化等结果分析,对岩体不稳定区域进行了圈定,并提出了相应的防治措施。     

基于Spark平台的微震信号鉴别方法

凿岩爆破是金属矿山开采过程中不可避免的环节,爆破扰动产生的微震信号会对岩体损伤微震信号的分析造成干扰。为了避免爆破扰动对微震监测的干扰,实现岩体损伤微震信号与爆破微震信号的快速鉴别,基于Spark平台的Fisher分类算法建立了微震信号智能识别算法,实现了岩体损伤和爆破事件的自动区分。经过测试,该算法鉴别信号的正确率稳定在83%左右,可大大减少对监测数据处理工作。此外将Spark平台与云端数据库建立的远程连接,成功实现了数据云端传输,为后矿山灾害实时监测及预警提供了技术保障。     

基于微震监测的露天坑底采空区劣化过程分析

为了研究露天转地下矿山坑底采空区稳定性情况及其随时间的劣化过程,以石人沟铁矿为工程依托,对研究区域进行了详实的工程地质调查、矿岩力学试验等工作,获取了表征矿山岩体力学特性的多种指标。基于矿岩力学指标,采用Mathews图表法分析了研究区域采空区形成时的"静态"稳定性。建立了微震监测系统用于监测研究区域的岩体稳定性。研究了一定时间段内微震事件的时空演化规律,确定出研究区域的"动态"稳定性。对岩体劣化过程中震源参数的变化特性进行了研究,并结合现场勘察结果定义了岩体破坏的孕育期、预测期、破坏区、二次孕育期以及最终破坏期。利用岩体劣化过程中震源参数的突变特征获取了采空区破坏的前兆信息。提出了合理的治理方案,可为其他类似矿山提供参考。     

石人沟铁矿微震监测系统传感器优化布置的研究

以石人沟铁矿微震监测系统传感器布置为背景,研究了在微震监测系统中将有限数量的传感器在岩体中的最佳监测位置,使用FLAC3D软件进行数值模拟,探讨了在模拟震动作用下微震监测系统传感器位置的优化布设。结果表明,围岩监测传感器的最优位置在顶板区域,可为矿山微震监测数据准确性提供有效保障,确保安全生产。     

露天转地下开采矿山高边坡位移场分布规律

利用ANSYS有限元大型数值模拟分析软件,通过建立石人沟铁矿露天转地下开采后矿山高边坡三维数值模型,进行数值模拟计算,分析露天转地下开采后矿山高边坡的稳定性.结果表明,地下开采对石人沟铁矿露天边坡整体稳定性影响不大,矿山高边坡整体是稳定的.     

挂帮矿开采引起的残采边坡位移场分布规律

平硐追脉开采挂帮矿破坏了边坡岩体结构,使边坡岩体内应力重新分布,影响了边坡的稳定性。利用ANSYS有限元大型数值模拟分析软件,通过建立石人沟铁矿追脉开采露天高边坡三维数值模型,进行数值模拟计算,分析残采边坡的稳定性,得到结论：平硐追脉开采对石人沟铁矿露天边坡整体稳定性影响不大,残采边坡是稳定的,但应加强平硐硐口和采空区顶板的支护和管理。     

天湖铁矿地压监测系统建立及其应用研究

天湖铁矿岩体硬度较大,井下水平构造应力较大,开采深度大,极易发生岩爆等动力灾害.为分析开采过程中各中段岩体稳定性规律,采用微震监测技术进行台网优化设计,最终建立了定位误差约为10 m,灵敏度为?2.6震级的地压监测系统.该系统能够满足矿山安全生产监测的需求,基于监测微震事件的时空演化特征,并圈定潜在地压灾害区域,对岩爆等动力灾害进行预测.地压监测系统在天湖铁矿得到较好应用,为矿山安全管理及地压灾害预防提供了理论支撑.     

矿山岩体破坏失稳预警云平台的搭建与应用

为实现矿山多源地质力学信息集成及矿山工程地质灾害预警,基于Java的轻量级框架Spring Boot及地理信息系统软件SuperMap搭建了一种包含矿山地质力学观测、监测数据可视化查询、岩体破坏失稳预警及预测3个模块的矿山岩体破坏失稳预警云平台,并将其应用于大孤山铁矿。研究表明:①以倾斜摄影测量数据、地质钻孔数据为基础建立了矿山三维模型,基于该模型开发了距离测量、面积测量、坡度测量、岩体结构面识别统计等功能,并结合Hoek-Brown准则建立了矿山岩体力学参数数据库,实现了岩体力学参数空间分布的三维可视化;②针对矿山环境复杂、监测设备及监测数据类型多样的特点,建立了高效、稳定的矿山多源监测数据实时远程传输与存储方法,实现了矿山多源监测信息在统一平台下的可视化查询;③基于矿山监测数据,分别应用模糊综合评价方法及时间序列模型对岩体破坏失稳的风险等级及监测数据未来的发展趋势进行了评级和预测,实现了岩体稳定性评价,为矿山灾害防控提供了决策依据。     

基于微震监测的矿山开挖扰动岩体稳定性评价

基于已有的微震监测资料,借助有限元数值模拟手段,分析深部矿山开挖条件下围岩裂隙损伤演化机制,同时探寻微震监测数据与应力场变量之间对应关系。研究结果表明：微震监测系统可以有效的识别围岩微破裂孕育机制并圈定岩体潜在失稳区域;结合数值模拟与微震监测结果发现3363号矿房围岩出现潜在失稳主要是由于矿房上覆岩层内部存在高水压含水层,在高水压力和开采扰动作用下,含水层与采空区之间形成条形的应力集中带,诱发微破裂的萌生、扩展和贯通,最终产生潜在失稳区;微震监测数据（累积事件数、累积能量、累积应力降）与应力场变量存在很好的对应关系,根据微震监测数据的时空分布规律可以对高应力区域的转移进行描述,并验证定量分析不同区域的应力状态的可能。研究结果为揭示复杂地质条件下深部矿山开挖岩体失稳机制及微震活动规律提供依据,指导矿山现场短期或者长期开采工艺的选择。     

矿山岩体破坏微震分异速率特征及预警研究

在矿山岩体破坏预警研究中,探究岩体损伤特征规律及给出具体预警参数值对保障矿山安全至关重要。本文以某金属矿山为例,基于微震监测技术建立地压监测系统,结合该矿山某次顶板大范围冒落事件,采用主成分分析法确定最佳统计时间窗口,对顶板冒落事件前后微震时空演化特征进行分析。分析表明微震事件密度云图中心位置与破坏位置相一致,在岩体破坏前微震数量有持续增多,达到峰值后又迅速下降的前兆信息。以微震数量方差表示微震分异程度,以此表征岩体受损程度,采用有限差分法得出微震事件分异速率指标,研究表明岩体破坏过程微震分异速率分为稳定分异阶段、加速分异阶段和岩体破坏3个阶段。稳定分异阶段分异速率呈正态分布,采用Gauss Amp函数对其进行拟合,最终得出置信度为0.99的将区间上限0.306确定为分异速率预警值。该研究为采用微震监测技术的矿山灾害预警系统建立提供理论基础,对矿山安全生产管理具有一定借鉴意义。     

岩质边坡稳定性评估的多维云模型

为了准确地评估岩质边坡的稳定性等级,针对边坡稳定性受众多评价因素影响,具有较强的随机性和模糊性特点,提出运用多维云模型理论,进行岩质边坡稳定性等级评估。从地形地貌、岩体环境特征、人工开挖、地震及气象水文5个大指标出发,选取14个因素作为岩质边坡稳定性等级评判指标。基于云理论,采用指标近似法得出云模型数字特征,综合各评判指标的相关度和信息量,结合改进CRITIC法确定评判指标权重,生成岩质坡稳定性等级评估的多维云模型。运用该模型,输入重钢集团西昌太和铁矿中的8组岩质边坡的指标实测值得到隶属于各标准边坡稳定性等级的综合确定度,依据最大确定度原则确定边坡稳定性等级。并将评估结果并与一维云模型、模糊评判法、CSMR法以及边坡的实际状态进行比对。结果表明,多维云模型应用于岩质边坡稳定性评估中更加高效,且准确度较高。     

亚克斯铜镍矿复杂采空区稳定性规律研究

亚克斯铜镍矿开采过程中形成的复杂采空区失稳,将严重制约后续资源安全开采。在充分结合矿山地质和开采条件下,通过优化微震监测系统台网,建立一套适合亚克斯铜镍矿的微震监测系统,并基于空区岩体破裂的微震参数信息(微震时空强、累计视体积和能量指数时间分布特征、基于微震事件的应力动力灾害分析等),综合对开采过程中的空区稳定性进行监测,进而为后续空区大范围失稳隐患治理和管控提供坚实基础。     

金属矿山深部巷道掘进期间地压监测系统和活动特征分析

为研究金属矿山深部巷道掘进期间围岩地压显现特点,在深部生产区域构建微震监测系统,监测巷道掘进过程围岩破裂产生的微震活动及其时空特征,并进一步分析了巷道围岩不同位置破裂产生微震活动率的原因.结果表明:微震监测技术相比传统监测技术具有非常大的优势;发现了巷道掘进过程岩体破裂产生微震事件的震级范围主要集中在-4.37～-0....     

玲南金矿微震监测系统的建立及应用研究

针对玲南金矿深部开采过程中岩爆等地压灾害频发的现状,建立了深部微震监测系统以实现对岩体的连续监测和岩爆的实时预报。结合传感器布置原则和矿山工程条件,对微震监测系统进行台阵分析,计算微震事件的定位精度和系统的灵敏度,得到最优的传感器布置方案。采用定点爆破进行波速校正。定位结果表明,微震监测系统的平均定位误差为5.7 m,能够满足矿山微震监测的需要。基于玲南金矿的微震监测数据,对微震活动的时空演化规律及民采定位进行研究,取得了初步成果。     

微震监测技术在某金矿的应用与研究

某金矿在深部开采过程中,频繁出现顶板冒落、矿柱片帮、岩爆等地压灾害,并存在民采活动扰乱矿山正常生产秩序。通过台网分析及波速校正,设计并建设了满足矿山安全监测的微震监测系统。运用微震监测数据高精度定位震源,分析了定位事件的时空演化规律,评估了监测范围内岩体稳定性,同时定位得到了民采活动区域,为矿山安全生产提供了保障。     

考虑多级采动效应的边坡失稳过程研究

应用RFPA强度有限元软件建立连续开挖模型和一次开挖模型,对比不同开挖模式下多级边坡损伤机理和损伤过程,分析多级边坡多次采动过程中局部化岩体损伤、破坏、失稳过程,再现了多次采动影响下多级边坡局部失稳效应。结合金川集团石英石露天矿多级边坡现场监测数据进行分析,在强度折减的过程中引入连续采动,实现真正意义上的强度折减和采动效应,使得数值模拟破坏机理和破坏过程与实际破坏过程更为接近。主要表现在一次开挖和连续开挖只是在时间步骤、空间位置、多级边坡结构稳定性分析上不同,其损伤过程、损伤机理基本保持一致。多级边坡连续开采在时间、空间效应的影响下主要以局部失稳破坏为主。     

陡帮强化开采边坡立体式在线监测技术研究

以巴基斯坦山达克铜金矿南矿体扩帮开采工程边坡为研究对象,基于边坡稳定性分析结果,提出了深部岩体破裂微震监测+表层边坡位移三维激光扫描监测的立体式联合在线监测技术方案.通过位移云图分析、重点监测区域位移-时间曲线分析、微震事件空间分布分析及监测数据耦合分析,研究了采场边坡变形破坏的演化规律.结论指出:边坡整体稳定性状况良...