基于BP网络的采矿巷道围岩力学参数反分析

为较理想地处理巷道的收敛变形与围岩力学间的复杂非线性关系,应用反分析方法研究了大冶铁矿龙洞-74 m水平采矿巷道的围岩力学参数.首先应用正交试验理论确定有限元正分析的围岩力学参数取值样本,运用2D-Sigma有限元软件计算巷道的收敛变形值;然后将有限元计算位移值作为输入样本,相应的围岩力学参数作为输出样本训练BP神经网络;再将实测位移带入训练好的神经网络反分析得到相应围岩力学参数,以此围岩力学参数作为二次正分析的计算参数进行有限元计算,并比较分析位移计算值与实测值的误差.结果表明,采用该方法获取围岩力学参数是可行的,其结果符合工程实际要求.     

基于露天边坡力学参数的位移反分析研究

针对黑岱沟露天煤矿岩土体物理力学性质复杂,节理、裂隙高度发育,岩体完整性较差,边坡力学参数难以确定的问题,基于现有的监测数据,确定出反演参数的范围,通过正交试验法建立样本数据,采用有限差分软件FLAC3D建立边坡模型,计算模拟位移值,将模拟数值与实测位移值进行比对,确定出目标反演参数的最优组合,将反演数据反馈于FLAC3D边坡模型中,通过正演分析,证明位移反分析法在边坡工程的可行性,为该矿参数的获取以及施工的进行提供预测与指导。     

基于FLAC及神经网络的岩体力学参数反分析

以大冶铁矿高陡边坡为例, 应用差分法、正交设计和BP神经网络建立了边坡岩体物理力学参数反分析方法。按照正交设计要求选取不同物理力学参数, 用FLAC^3D差分程序建立模型并计算得出相应的BP神经网络分析样本, 对样本进行了BP网络训练, 再将现场监测数据作为输入样本值, 对岩体力学参数进行了神经网络反分析, 分析结果满足工程要求, 表明该反分析方法的可行性和精确性。     

岩体力学参数确定的GA-FLAC~(3D)位移反演方法

在矿产资源开采、采矿设计及施工、地下结构物稳定性预测等岩土工程领域中,初步的也是重要的研究课题之一是确定岩体力学参数。经过综合分析多种岩体力学性质反演法,提出了一种智能位移反演方法。首先,在工程经验和GSI体系的基础上选定待反演的岩体力学参数的数值范围,通过巷道现场位移量测获得拱顶下沉和水平收敛位移。然后,运用遗传算法(GA)与FLAC3D数值模拟软件相结合,进行位移反演,确定比较正确的岩体力学参数。根据上述方法采用VC++高级程序语言开发了将遗传算法与FLAC3D软件相结合的位移反演系统,以某铅锌矿体和上下盘岩体为例,进行了矿岩体力学参数反演。进行与其他反演法的对比分析,证明了该方法的正确性和实用性。     

矿山 地表移动的正算与反算

提出了矿山地表移动正算与反算的理论模型计算方法，由已知的采空区上覆岩体的力学参数预计地表移动与变形值，或由实测地表移动数据反求地下采空区上覆岩体的力学参数，文中给出了反应实例。     

小回沟煤矿基于正交试验设计的岩体力学参数反演

以小回沟煤矿2#煤层开采形成地面沉陷为背景,结合地表实测数据及岩体弹塑性理论,通过三维数值模拟,运用"正交试验设计"法建立了一套确定岩体物理力学参数的方法。试验中以沉陷量为评价指标,模拟计算各参数不同水平组合的沉陷量。通过对沉陷量进行极差与方差分析,得出各参数对沉陷量影响的显著性,从而反演确定了一套岩体力学优选参数组合。优选参数组合模拟计算变形值与地表实测沉陷值基本一致。此方法确定的岩体力学参数基本反映了煤层采掘引起的地表变形情况,为合理预测地面沉陷量提供理论依据。     

芦岭矿810采区围岩岩体物理力学参数的修正

利用岩体损伤分析原理,通过裂隙率观测,找出了岩体损伤参量与裂隙率之间的关系,建立了岩体与岩块弹性模量之间的修正关系式,结合位移反分析原理得出芦岭矿810采区围岩岩体有效物理力学参数的修正值。     

基于BP神经网络模型的巷道变形预测系统开发

通过应用基于BP神经网络模型系统对某矿山巷道围岩的实测变形值进行神经网络模拟,成功预测了巷道围岩的变形,有利于巷道支护设计和生产组织.     

矿区地下开采对地表及铁路线影响的数值分析

为了合理分析采动对地表及铁路线的影响,依据某矿工作面地质采矿特征,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,以各岩层参数的算术均值作为基准,运用正交与均匀设计相结合的位移反分析方法求取了模型的岩体力学参数。同时,将所获取的模型参数应用于临近工作面的开采对其上方地表铁路线的影响预测。结果表明:反演所得参数可使地表下沉较好的符合实测情况;通过对比分析铁路线下沉范围预测与实测结果可知,对铁路线下沉影响长度的动态预测结果能够满足基本精度需求,由此证实了本研究所建模型及所选参数的可靠性。     

基于BP网络的深部软岩巷道围岩力学参数反演研究

为探索高地应力下深部软岩巷道围岩应力场及位移场的分布情况, 建立了简化的应变软化模型, 分析了此模型的关键参数; 采用均匀设计法设计了数值计算中待分析的参数方案, 且将各方案参数代入FLAC^3D软件中进行了数值仿真分析; 再将各工况下监测点计算的相对位移与岩体力学参数代入BP网络进行训练、学习, 并将监测点位移相对监值输入训练的BP网络, 获得参数反演值。以淮南矿业集团顾桥煤矿轨道巷为工程背景, 进行了巷道深部位移监测, 根据监测结果反演了简化应变软化模型的关键参数, 经正分析对比验证了力学参数反演结果的准确度、可靠性, 反演结果为后续工程数值计算奠定了基础。     

极软弱围岩巷道反演参数敏感性分析

人们在位移反分析的过程中试图通过复杂的模型选取以逼近巷道的真实力学模型,但是复杂模型就意味着需要反演较多的参数,并且要建立较严格的反演理论与方法,然而在实践应用中遇到了较多的困难。通过参数敏感性分析以确定待反演参数是目前在反演过程中通常的做法。本研究利用正交数值模拟试验法对各煤岩体弹塑性力学参数及侧压力系数进行了敏感性分析,揭示了各参数对巷道不同部位位移的影响度,并通过相应的影响度评价方法,确定了待反演参数。     

锚杆支护煤巷稳定性模拟分析

通过相似模拟试验、位移反分析与边界数值计算, 对锚杆支护全煤巷道进行稳定性分析。首先模拟了巷道开挖以后围岩变形, 利用位移反分析法确定初始应力与围岩变形模量及泊松比等参数, 根据边界单元法数值分析结果确定围岩松动圈范围, 然后对全锚支护煤巷围岩稳定性进行分析。     

大浞河铁矿软岩巷道围岩蠕变的黏弹性参数反演

大浞河铁矿1采区-140 m水平采场进路开挖后,部分巷道围岩随时间推移持续向内收缩,显现出蠕变特性,对正常的生产经营造成了一定安全隐患。为探明巷道围岩变形机理,在一采区中段采场进路巷道进行原位试验,利用圆形巷道测试数据曲线的特点,选取合适的蠕变模型。根据黏弹性蠕变位移公式,借助Origin分析推导出模型所需要的参数。通过增减FLAC3D内置模型的参数项,修改内置蠕变模型的流变特性,使之符合巷道蠕变试验实测曲线的变化规律。利用圆形巷道实测曲线反演的蠕变参数对巷道围岩的顶板、底板、帮的蠕变变形进行模拟,并对三者的位移进行比较分析。分析结果表明：三者的位移曲线曲率相近,取得的数据具有一定价值,采用此种方法进行反推黏性参数,对圆形巷道的围岩蠕变分析具有一定的推广价值。     

巷道支护设计方法研究

为了确保矿井巷道的安全支护,采用现场锚杆拉拔试验,分析了原有巷道的支护的物理力学参数以及顶底板岩石完整性程度,得到了前期断面中支护锚杆的极限剪切抗剪强度和锚杆荷载传递规律等锚杆设计参数,依据现场锚杆拉拔试验结果,对原有巷道支护参数设计进行了优化,结合现场监测的反馈信息,得出优化后的巷道可以满足支护要求。     

贯穿断层及隐伏巷道对某露天边坡稳定性影响数值模拟分析

为研究贯穿断层(F₁)及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响,基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标,采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数,结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示：在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道,边坡顶部及坡面位移较小,拉应力小于岩体抗拉强度,同时塑性区未能进行上下贯通;矿区贯穿断层(F₁)在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度,最大位移仅在坡顶及底部,竖向位移量为1.4 mm,在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析,贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大,该结论为矿山安全生产奠定了基础。     

深埋巷道围岩变形及支护技术研究

随着煤炭开采逐渐向深部转移,巷道围岩变形越来越严重。分析了深埋巷道围岩变形及支护技术,对研究巷道进行了三轴抗拉试验,得到煤和岩石力学参数,采用结构梁和弹性力学分析了巷道围岩变形,为模型分析提供了理论基础,然后采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了巷道变形位移,与现场实测相比,数值模拟能够较好地模拟煤矿巷道实际变形情况。研究能够为巷道参数设计提供借鉴。     

巷道支护控制蠕变机理分析及参数设计

为了解决深部矿井巷道支护的难题,建立了弹塑性变形软岩巷道力学模型,理论分析了支护机理和巷道表面位移、速率随时间变化曲线,研究了支护结构极限承载能力,然后对巷道支护进行了参数设计。研究得出:巷道围岩的表面位移和时间呈正比关系;选择一定的时间节点,对巷道进行再次支护,可以实现对巷道蠕变的有效控制;全断面注浆+锚索梁支护可以有效增加巷道支护阻力和巷道围岩松动圈的自身承载能力,保证了巷道的稳定性。     

煤矿巷道树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性研究

目前锚杆(索)支护技术是我国地下煤矿开采中普遍采用的一种主动控制巷道围岩稳定的支护技术。但由于锚杆支护加固对象的复杂性,至今锚杆支护原理还没有一个统一全面的认识,对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆杆体承载特性等问题需要更深入的研究。论文采用理论分析、数值模拟、现场实测、实验室试验和工程实践相结合的综合研究手段,围绕树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性展开研究。论文研究的主要工作如下:(1)总结分析了树脂锚固体4类主要失效类型,着重分析了黏结失效类型中树脂锚固体空洞锚固失效和长时蠕变失效的两种形式。建立了空洞树脂锚固体拉拔状态下的力学模型,推导并求出了空洞树脂锚固体拉拔状态下沿锚固方向上杆体内拉应力分布的理论公式;同时建立了考虑锚固层黏弹特性树脂锚固体拉拔状态下的长时蠕变力学模型,推导并求出了与时间有关的杆体拉应力和锚固层-杆体界面剪应力分布公式,并求解了恒力长时作用下的树脂锚固体杆体外端点位移的近似公式,同时得到了锚固体产生破坏的极限拉拔力。(2)通过实验室力学试验,获得了围岩、锚杆等力学参数。基于ABAQUS数值模拟软件,验证了两种锚固体理论力学模型,研究了两种模型中杆体应力沿锚固方向上的分布规律,揭示了拉拔过程中锚固体内应力和位移的演化过程;着重阐述了长时蠕变模型杆体应力传递的3个阶段,分析了杆体的极限抗拉拔力与时间的关系。同时,分析了锚杆直径、锚固层厚度、钻孔直径、围岩强度等参数对树脂锚固体杆体拉拔状态下的力学特性影响。(3)采用预拉力锚固系统锚固作用综合实验台,研究了不同预拉力下锚杆杆体应力和弯矩的分布特征及其变化速率;通过测力锚杆井下拉拔试验,揭示了预拉力与锚杆杆体外端点位移的相互关系及不同预拉力下锚杆杆体轴力分布及承载特征,同时基于测得的锚杆杆体应力分布曲线,借助第三章研究结果,准确推测了巷道顶板的完整性;初步判定预拉力锚杆实际工作状态下杆体承载受力主要集中在外锚固段中性点附近,对限制巷道围岩变形起主要作用的是中性点附近杆体-锚固层-围岩3者之间的黏结关系,同时杆体内弯矩的存在说明杆体截面处于非均匀受力状。(4)在分析现有煤矿巷道围岩监测手段的不足和光纤光栅传感技术优越性的基础上,初步提出并建立了一套基于现代光纤传感技术的煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统;并采用该系统对煤矿巷道锚杆杆体受力及演化进行了实测,监测结果表明树脂锚杆的杆体应力分布呈非均匀分布且波动变化,杆体内存在大量弯矩。(5)最后基于理论研究结果提出了确保锚杆支护效果的几个基本原则,并应用于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道巷及朱集煤矿1111(1)工作面轨道巷的工程实践,应用结果表明遵循该原则采用的预拉力高强锚杆强化支护技术可以充分调动围岩的自稳能力优化围岩的力学参数,有效控制巷道围岩变形,满足矿井安全生产要求;同时采用煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统成功揭示了1111(1)工作面轨道沿空留巷期间的矿压显现规律,并与传统矿压观测结果进行了对比,两者基本一致,初步显示了该系统的可靠性和应用前景。