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。     

模糊综合评价法在石人沟铁矿生产规模优化中的应用

在综合分析各种影响矿山生产规模的因素的基础上,利用模糊数学原理建立了矿山生产规模模糊综合评价模型,并利用该模型对石人沟铁矿的开采生产规模方案进行了优化.     

岩石破裂过程分析系统在矿山的实际应用

在矿山工程中,岩体或矿体因开挖或开采,会引起围岩的应力重新分布,造成应力集中而发生破坏,给矿山生产建设带来严重的安全问题。因此,针对矿山工程中因矿岩体的开挖或开采产生的围岩稳定性问题进行分析和研究,找出危险部位,制定防控措施是非常必要的。阐述了应用岩石破裂过程分析系统对唐钢石人沟铁矿采矿工程围岩稳定性进行的分析和研究,制定了安全采矿方案,成功地指导了矿山的生产实践。     

微震监测技术在注浆帷幕稳定性监测中的应用

利用微震监测技术,建立帷幕稳定性微震监测系统,实现了对张马屯铁矿注浆帷幕的微震活动24 h连续监测,获取了大量微震事件的时空数据、误差、震级以及能量等多项震源参数,应用系统的分析软件对监测数据进行初步分析,基本可以评价帷幕的稳定性。     

张马屯铁矿开采虚拟现实系统的建立及应用

结合张马屯铁矿实际情况，基于东北大学虚拟现实系统软件开发出包括地层、防水帷幕、矿体、巷道、采场等三维场景，带有虚拟漫游、数据库查询和交互控制功能的一整套虚拟矿山系统。在此基础之上针对国内虚拟矿山技术存在的不足，对虚拟现实软件进行二次开发，加强其集成外部数据的能力，实现可视化微震监测、有限元计算的应力场、损伤场等数据信息并通过对众多三维数据信息的联合解读和分析达到评价围岩稳定性和定位危险区域的目的，拓宽了虚拟现实的应用领域，提高了其实用性。     

基于Unity3D的微震监测分析虚拟现实系统研发

微震监测对矿山安全生产具有重要意义,也得到了广泛应用。针对微震监测数据数量庞大、内容冗杂、实时显示弱、与采掘工程集成度低等问题,开发了一种基于Unity3D平台的微震监测数据分析平台。其主要过程是:收集矿山三维地质坐标、地层岩性等数据建立矿山三维模型,导入到Unity3D引擎当中,对模型添加材质,进行渲染并实现模型坐标数据与现实坐标数据整合,在此基础上利用C#语言编写脚本实现采掘进度的实时模拟,再通过连接SQL Server数据库将矿井微震监测数据进行调用,完成整个系统地质数据、采掘数据与微震数据的集成和实时显示。通过调用系统数据,可实现微震数据的相关统计、分析,并分析其与地质条件、采掘活动的相关性。系统在河南义马煤田跃进、常村两矿进行了实际应用,实现了矿井群开采微震监测数据的联合分析。     

境界顶柱稳定性的数值模拟研究

露天转地下开采的矿山，其境界顶柱稳定性将直接影响到矿山的安全生产。本文以石人沟铁矿为例，运用ANSYS有限元分析软件，建立三维数值模型，模拟了动载荷作用下分步回采引起顶柱及采场的应力、变形情况，并对结果进行了详细的分析，得出了有价值的结论，有利于指导矿山的安全生产。     

唐钢石人沟铁矿岩体力学参数确定方法探讨

通过对唐钢石人沟铁矿地质条件的研究，以及在岩块力学试验的基础上，对唐钢石人沟铁矿岩体按RMR法进行分类，然后用霍克-布朗公式对岩体力学参数进行了估算。估算结果和现场的原位试验结果基本一致，从而证明了该方法是一种经济、合理的方法。     

CMS实测地下矿采空区建模及稳定性分析研究*

传统的采空区稳定性分析建立的数值分析模型,对空区的形状进行过多的简化,使得建立的空区模型过于简单,稳定性分析的结果可靠性较差。借助三维激光空区监测系统对地下矿山采空区进行三维扫描,精确的获取激光头到空区边界的距离。将全站仪测量的定位点坐标输入到CMSposprocess处理软件,将生成的数据输入到矿业工程软件3Dmine中建立起空区的实际赋存模型。研究用VC++编写出可以将3Dmine软件输出的块体质心点坐标直接导入有限差分软件FLAC3D中的应用程序,从而建立起空区力学模型,形成从实测模型到力学计算模型的新方法,大大提高了采空区稳定性分析的准确性和可靠性。结合石人沟铁矿空区稳定性分析工程实践,对石人沟铁矿-60 m水平南区空区进行静力计算,分析空区稳定性,获得了良好效果。     

基于Spark平台的微震监测快速定位方法研究

针对微震监测海量震动波数据实时处理难题,提出了在Spark大数据处理平台上对大量震动数据进行处理,提出基于粒子群寻优策略的震动波震源TDOA定位的并行计算程序思路,并在3台机器组成的小型Spark集群环境下进行试验验证。试验证明了在Spark平台上做海量震动波数据处理的可行性,并且证明了与单机震源定位计算相比,此方法可以有效加快最优解的收敛速度,提高处理效率。     

基于微震参数的岩体破裂失稳预警技术研究

随着矿山开采深度不断加大,地压活动日趋增多,在岩体破坏前及时进行预警对保障人员安全尤为重要。以某金属矿山微震监测为例,分析微震b值参数演化特征,并提出表征岩体内部受损程度的EV值,分析其演化特征,分析认为微震参数较好地反映了岩体稳定性。针对某次顶板大范围冒落事故,分析得出微震b值较大幅度下降可作为岩体破坏前兆信息,同时伴随着微震事件数量减少的现象,EV值下降程度最大阶段同样可作为岩体冒落预警期。研究结果可为类似矿山微震监测预警提供参考。