基于分形插值模型的岩爆预测研究

岩爆等级预测是一个复杂的不确定系统问题,为了准确评价岩爆所处的分类状态,进而为岩爆的防治提供科学依据,提出了基于分形-插值模型的岩爆评价方法.该方法选取影响岩爆评价的3个主要因素,根据分类标准和随机内插方法得到40个标准样本,采用最大似然分类原则确定每个岩爆预测指标的评价分维数,利用加权求和法计算样本的综合评价值,并基于样本综合评价值与经验等级的关系建立分形-插值评价模型.实例分析表明:该模型的评价结果合理、客观,为岩爆预测提供了一种新的研究方法与思路.     

CW-TOPSIS岩爆评判模型及应用

针对岩爆评判模型中指标权重难以确定问题,提出一种“AHP+熵权法”组合赋权方法,引入Lagrange函数和欧氏距离函数,保证了主、客观权重与其差异程度相一致,最终获得理想的综合权重;基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)的基本理论建立CW(combined weights)-TOPSIS综合评判模型并预测岩爆等级。实例应用结果表明,CW-TOPSIS岩爆评判模型的预测结果与实际相吻合,进一步验证了该模型的有效性及实用性,从系统评价、多因素指标角度为岩爆预测提供了一种切实可行的途径。     

岩爆预测和烈度分级的属性数学模型及其应用

基于属性数学理论,建立岩爆发生预测和烈度分级的属性识别模型。该模型选择影响岩爆的主要因素,如最大切向应力σ_θ,单轴抗压强度σ_c,单轴抗拉强度σ_t以及弹性能量指数W_(et)并以σ_θ/σ_c,σ_c/σ_t以及W_(et)作为岩爆评价指标和烈度分级标准,通过构造属性测度函数以计算单指标属性测度,以相似数定义相似权的方法确定评价指标的权重,应用置9 信度准则对岩爆进行属性识别。针对一些岩石地下工程实例对模型进行验证,评判结果与实际情况符合得较好,并且与模糊综合评判法、物元可拓评判法等的评判结果有较好的一致性。此外,利用该模型对某水电站工程和秦岭隧道工程的岩爆情况进行预测,结果与人工神经网络法、距离判别法等的评判结果一致。研究表明,属性识别模型在研究岩爆发生和烈度分级中具有良好的实用性和有效性,为地下工程岩爆预测提供了一种新的方法。     

基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测

岩爆是隧道开挖中常见的工程地质灾害,为准确预测岩爆烈度,提出基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测模型.首先,根据岩爆烈度影响因素确定岩爆评判指标,并采用核主成分分析(KPCA)对岩爆数据做特征提取,简化模型输入参数的同时充分保留数据特征信息;其次,使用核极限学习机(KELM)拟合评判指标与岩爆烈度间的非线性映射...     

深部地下工程岩爆灾害模糊综合预测模型

为了合理预测深埋隧洞施工过程中岩爆灾害的发生,减少岩爆带来的危害,建立了基于岩石埋深H、岩石单轴抗压强度σ_c、岩石脆性系数σ_c/σ_t、岩石应力系数σ_θ/σ_c和岩石弹性变形能指数W_et共5个指标的评价体系。采用传统的层次分析法确定评价指标权重,模糊综合评价计算岩爆烈度结果,形成岩爆烈度预测模型。将该模型应用于大相岭隧道典型岩爆区段中,岩爆烈度评价结果与实际岩爆等级相符。     

可拓综合评判在某水工隧洞岩爆等级评价中的应用

岩爆作为深埋隧洞开挖后常见的一种地质灾害,严重威胁着施工人员和现场设备的安全。从岩性与应力两个方面入手,结合实际情况和现场试验,采用可拓综合评判对某隧道岩爆等级进行预测。岩性方面的指标采用现场岩石力学试验确定,应力方面的指标采用空芯包体法地应力测量和有限元数值模拟计算确定,通过对比分析和现场实际验证,该评价结果合理,对后期施工起到了很好的指导作用。     

岩爆预测的最大熵最优相对隶属度方法

通过分析国内外岩爆预测的判据,选择岩爆发生所需的力学条件、完整性条件、储能条件和脆性条件作为岩爆预测指标。引入岩爆预测的相对隶属度概念,计算了岩爆的相对隶属度模糊矩阵和预测指标的权重,以信息熵来描述并比较岩爆评价中的不确定性,定义了加权广义权距离来表征岩爆的差异。根据最大熵原理建立了岩爆预测的模糊最优化模型,对一些岩石地下工程实例进行了分析,预测结果与其他方法的分析结果以及实际情况基本一致。并将模型运用于葡萄山隧道岩爆预测,预测结果与实际岩爆情况符合较好。     

灰色系统最优归类模型在岩爆预测中的应用

根据与岩爆有关的地质条件建立了岩爆烈度分级表 .在灰色关联分析和模糊模式识别原理的基础上 ,应用最小二乘法构造目标函数、建立岩爆预测数学模型 ,提出了动态权重计算方法和综合评判指数的概念 ,并通过工程实例说明该方法的预测结果比用有限元法计算所得的结果更为科学准确     

基于改进熵权⁃突变级数法的气化炉风险评估

为了提高气化炉风险评估的准确性,提出了一种将云模型与突变级数法相结合的安全评价方法。通过查阅文献及专家分析,将气化炉风险分为机械系统、人员、管理以及环境风险,建立气化炉多层次风险评估体系。云模型是一种定性与定量之间相互转换的有效工具,云模型中引入熵与超熵特征值,提出云熵权法改进传统权重计算方法,对所有指标进行权重计算,提高排序结果的准确性。根据归一公式计算各层指标的突变隶属度值及气化炉总突变隶属度值,依据风险等级评价表判断气化炉风险等级。结果表明,该方法提高了权重排序的全面性和客观性,使气化炉风险评估结果与实际相符合,验证了该方法的可行性和有效性。     

深部开采岩爆预测的神经网络方法

岩爆是深部高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,其影响因素间存在着极其复杂的非线性关系.在综合分析各种因素的基础上,选取开采深度、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度和抗拉强度比值、岩石冲击性倾向指数作为岩爆预测的评判指标.应用人工神经网络方法,建立了岩爆预测的计算模型,利用国内外一些岩石地下工程资料作为学习样本和测试样本对模型进行训练.结果表明,将开采深度作为一个因素输入,结果更接近于实际,为深部开采岩爆预测提供了科学依据.     

Selected elements of rock burst state assessment in case studies from the Silesian hard coal mines

Exploitation of coal seams in the Upper Silesian Coal Basin is conducted in complex and difficult conditions. These difficulties are connected with the occurrence of many natural mining hazards and limitations resulting from the existing in this area surface infrastructure. One of the most important problems of Polish mining is the rock burst hazard and reliable evaluation of its condition. During long-years' mining practice in Poland a comprehensive system of evaluation and control of this hazard was de-veloped. In the paper the main aspects of rock burst hazard state evaluation will be presented, comprising: 1) rock mass inclination for rock bursts, I.e., rock strength properties investigation, comprehensive parametric evaluation of rock mass inclination for rock bursts, prognosis of seismic events induced by mining operations, methods of computer-aided modelling of stress and rock mass deformation parameters distribution, strategic rock mass classification under rock burst degrees; 2) immediate seismic and rock burst hazard state evaluation, I.e., low diameter test drilling method, seismologic and seismoacoustic method, comprehensive method of rock burst hazard state evaluation, non-standard methods of evaluation; 3) legal aspects of rock burst hazard state evaluation. Selected elements of the hazard state evaluation system are illustrated with specific practical examples of their applica-tion.     

关于突变评价法几个问题的进一步研究

对在突变理论基础上发展起来的突变评价法进行了简单介绍,建立了一套比较完整的、科学合理的企业总体实力综合评价指标体系,分别提出了产生随机数来研究突变评价法可靠性以及通过分值变换来解决突变评价法计算得分偏高的方法.     

煤岩动力灾害的弱化控制机理及其实践

煤岩动力灾害的实质是能量积聚与耗散的自组织临界过程，当煤岩体中所积聚的弹性能达到其极限冲击能时，就会发生冲击矿压．实验室研究发现，弹脆性煤体是能量积聚与耗散的主体，顶板关键层（坚硬厚层砂岩顶板）的运移则会导致能量积聚与耗散，加速失去动态平衡．以煤岩冲击倾向性与顶板强度及厚度的关系为基础，依据能量积聚与耗散理论，提出了煤岩动力灾害的强度弱化机理，即通过钻孔卸压与深孔卸压爆破来弱化煤岩体的强度，降低煤岩体的聚能能力，释放煤岩体中所积聚的大量弹性能，使得煤岩体中所积聚的弹性能达不到最小冲击能，同时利用电磁辐射监测仪来检验煤岩体强度弱化治理的效果，以达到消除或降低冲击危险的目的．通过在三河尖煤矿9202高冲击危险工作面的生产实践，充分证明了这种技术的有效性．     

A numerical study of rock burst development and strain energy release

We consider rock burst to be a dynamic disaster similar to earthquakes, rapid land sliding, or coal mine gas dynamic disasters. Multi-scale mechanical principles imply the same mechanism of damage evolution proceeds the catastrophe. Damage may occur at various scales from a meso-scopic scale to a macroscopic, or engineering scale. Rock burst is a catastrophe at the scale of the engineering structure, such as a tunnel cross section or the work face of a long wall mine. It results from dynamic fracture of the structure where microscopic damage nucleates, expands, and finally propagates into a macroscopic sized fracture band. Rock burst must, therefore, undergo a relatively long development, or gestation, time before its final appearance. In this paper, a study of rock burst within a deeply buried tunnel by numerical methods is described. The results show that during rock burst gestation the distributed microscopic damage in the rock surrounding the tunnel localizes, intersects, and then evolves into a set of concentrated “V” shaped damage bands. These concentrated damage bands propagate in the direction of maximum shear as shearing slide bands take shape. Rock burst happens within the wedge separated by the shear bands from the native tunnel rock. An analysis of the wedge fracture shows that the unloading effects result in rock burst and rapid release of the strain energy. The implications for rock burst prediction in tunnels are that: (1) rock burst develops in the upper arch corners of in the tunnel cross section prior to developing in other zones, so good attention must be paid there; (2) all monitoring, prevention, and treatment of rock burst should be done during the gestation phase; (3) the shear bands contain abundant information concerning the physics and mechanics of the process and they are the foundation of physical and mechanical monitoring of acoustic emission, micro seismic events, stress, and the like. Thus a special study of the shearing mechanism is required.     

秦岭铁路隧道岩爆预报的模糊综合评判研究

本文将秦岭隧道岩爆等级分为无岩爆、弱岩爆、中等岩爆和强烈岩爆四级,选取应力强度比、断层发育情况、围岩类别、地形影响、地下水发育等五个因素作为评判指标,采用模糊综合评判方法对秦岭铁路隧道岩爆的预报进行了研究,其研究成果在现场得到较好的应用。     

Rock burst laws in deep mines based on combined model of membership function and dominance-based rough set

Rock bursts are spontaneous, violent fracture of rock that can occur in deep mines, and the likelihood of rock bursts occurring increases as depth of the mine increases. Rock bursts are also affected by the compressive strength, tensile strength, tangential strength, elastic energy index, etc. of rock, and the relationship between these factors and rock bursts in deep mines is difficult to analyze from quantitative point. Typical rock burst instances as a sample set were collected, and membership function was introduced to process the discrete values of these factors with the discrete factors as condition attributes and rock burst situations as decision attributes. Dominance-based rough set theory was used to generate preference rules of rock burst, and eventually rock burst laws analysis in deep mines with preference relation was taken. The results show that this model for rock burst laws analysis in deep mines is more reasonable and feasible, and the prediction results are more scientific.     

冲击地压危险等级预测的PSO-SVM模型

为了对冲击地压进行有效的预测,分析了冲击地压的主要影响因素,建立了基于粒子群优化支持向量机方法(PSO-SVM)的冲击地压危险程度预测模型,并通过实例,对PSO-SVM模型的预测效果进行了检验,同时还分别采用了BP神经网络(BP-NN)和支持向量机方法(SVM)对实例进行了预测,最后对三种方法的预测精度进行了比较分析,结果显示:PSO-SVM方法的预测精度要高于BP-NN和SVM方法的预测精度,可见,PSO-SVM预测方法对煤矿冲击地压危险程度预测具有一定的参考价值和指导意义.     

一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价新方法

脆性评价对岩石（尤其是深部岩石）的可压裂、开挖损伤及岩爆等特性的研究具有重要意义.为此,总结国内外岩石脆性评价方法,基于现有脆性指数在定量表征岩石脆性程度中的局限性,考虑能够模拟岩石应力-应变全过程曲线的统计损伤本构模型,分析岩石的损伤演化特征,提出一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性特征评价新方法,建立脆性指数B_D定量表征岩石的脆性程度,通过模型理论论证和室内三轴压缩试验验证脆性指数的合理性.结果表明:脆性指数B_D能很好地表征岩石的脆性特征,基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价方法具有较好的适用性;通过大理岩、花岗岩以及塔木素黏土岩不同围压下的物理实验,验证脆性指数B_D的正确性及相比其他方法的优越性;随着围压的增大,塔木素黏土岩表现出明显的脆性破坏向塑性破坏转变的特征.