SSA-MLP模型在岩质边坡稳定性预测中的应用

岩质边坡的力学参数量化及稳定性分析对岩质边坡灾害的防治具有重要意义。Hoek-Brown(H B)准则是一种用于确定岩体力学参数的经典方法,能反映出边坡岩体变形和位移的非线性破坏特征。在此基础上,首先,提出一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)改进多层感知器(Multi-Layer Perceptron,MLP)的神经网络模型,并用于边坡稳定性预测、指标敏感性分析及参数反演。其次,将收集的1085组岩质边坡的几何参数和H B准则参数等作为输入变量,极限平衡理论Bishop法求解的安全系数作为输出变量,对SSA MLP模型进行训练学习和性能评估。最后,将该模型运用于25个边坡实例,验证模型的有效性。结果显示,该模型收敛速度快、精度高,为边坡稳定性分析和参数量化提供了一种新思路。

改进的MVO-GRNN神经网络岩爆预测模型研究

准确预测岩爆烈度等级能有效指导岩爆灾害的防控。根据影响岩爆发生及烈度等级的3个因素构建岩爆评价指标体系,提出一种基于改进多元宇宙算法(Improved Multi-Verse Optimizer,IMVO)优化广义回归神经网络(General Regression Neural Network,GRNN)的岩爆预测模型。在普通多元宇宙算法(MVO)的基础上,运用自适应平衡机制调节MVO算法中的虫洞存在概率(V_(WEP))和旅行距离率(V_(TDR))两个重要参数来改进该算法;再运用改进的多元宇宙算法优化广义回归神经网络的光滑度,通过训练数据优选出最佳光滑因子σ,得到IMVO-GRNN神经网络岩爆烈度预测模型;最后结合工程实例验证模型的性能。研究表明,该模型相比传统模型寻优能力更强,精度更高,为岩爆预测提供了一种新的思路。

非煤地下基建矿山井巷致灾因素辨识及分级

国家矿山安全监察局于2022年发布了要将非煤地下矿山隐蔽致灾因素普查治理工作纳入非煤矿山安全生产大检查内容的相关通知,其中检查内容重点之一为采空区及周边老窑普查治理。昆阳磷矿二矿目前属于非煤地下基建矿山,无地下采空区存在,因此,针对基建矿山的属性特点,将井巷致灾因素作为普查治理的重点。通过查阅大量文献及相关规程,根据现场地质条件、水文条件及开采技术条件,对可能导致井巷发生隐蔽灾害的因素进行梳理辨识。研究结果认为矿山基建阶段可能存在井巷失稳破坏、突水、基建通风系统不完善导致通风不畅三种灾害,并对可能发生的灾害归纳了13种致灾因素对其辨识及风险等级的定性描述进行划分。按照井巷致灾因素辨识及分级的成果,矿山开展了普查治理工作,对所辨识的致灾因素风险等级进行定性表征,评估矿山事故风险,更有针对性地推动矿山治理措施的实施和改进,该成果能够有效防范和化解非煤地下基建矿山重大安全风险,遏制重特大事故发生。

云锡高峰山矿段矿柱回采方案研究

为了更合理地回收云锡老厂分公司残矿资源,运用FLAC3D数值模拟软件对高峰山矿段残留矿柱回采进行模拟分析,提出6种不同的矿柱回收方案,针对分析结果确定了合适的矿柱回采工艺,并开展了工业试验。结合矿山实际情况,从多个维度分析剩余矿柱是否具备回收条件和回收价值。结果表明:可采用进路规格为4 m×4 m的两步骤胶结充填采矿法进行矿柱回采,一步骤胶结充填强度大于3.52 MPa,二步骤充填强度大于1.08 MPa;矿段内有4条矿柱相对完整、保有资源量大且品位高,现阶段具备回采条件,其中南盘区4#盘区矿柱需在锡精矿市场金属价格大于24.48万元/t时进行回采,其余3条矿柱可在锡精矿市场金属价格大于10.05万元/t时进行回采。

摆锤冲击作用下大理岩的损伤特征研究

为了研究局部循环冲击作用下大理岩的损伤变化特征,论文利用损伤因子定义岩石的损伤程度,借助摆锤冲击试验机对大理岩试件进行不同冲击能量下接触面积之比为1/18S的循环冲击试验,分析其不同冲击能量和冲击次数对大理岩试件的冲击损伤,损伤因子随着冲击能量和冲击次数不同的变化特征。研究结果表明:当摆锤扬角为10°时,试件未发生明显的损伤破坏,随着循环冲击次数的增加,损伤因子不断增加,当循环冲击增加到一定次数时,试件会发生宏观破坏,损伤因子会发生显著变化;随着摆锤扬角的增大,波速开始明显降低,试件发生断裂破坏时所需的冲击吸收能量和冲击次数不断减少,损伤因子增长率可达75%。考虑到矿岩对溜井井壁的冲击方式为不同接触面积的局部冲击,研究结果可以为矿山溜井井壁受矿岩冲击损伤的研究提供一个新的思路。

普朗铜矿出矿口封堵分渗材料性能试验研究

过滤能力和过滤效果是地下矿山出矿口封堵分渗材料性能的两个重要指标,是选择分渗材料类别的主要理论依据。为研究不同分渗材料(单一级配碎石、草席和棕垫)的过滤能力和过滤效果,基于相似理论开展了不同分渗材料的室内物理模型的过滤试验。试验结果表明:3种分渗材料的平均过滤能力为碎石>草席>棕垫,且3种分渗材料的平均过滤速率之间呈现出较强的对数关系;3种分渗材料的泥水过滤效果中,棕垫材料过滤效果最好,草席材料过滤效果次之,碎石材料过滤效果最差;推导并计算确定了矿山出矿口尺寸的最低有效过滤能力,可为矿山根据出矿口实际渗出泥浆水量的大小来选择分渗材料提供判断依据。研究成果对于地下矿山出矿口封堵分渗材料的选取具有一定的理论指导意义。

普朗铜矿出矿口封堵墙侧压力计算分析

封堵墙侧压力大小是封堵墙厚度结构设计的控制因素,只有封堵墙侧压力取值合理,才能设计适宜的封堵墙结构形式及封堵厚度。基于多种理论方法,对普朗铜矿出矿口封堵墙受到的水平侧压力进行计算,为出矿口封堵墙的结构形式及封堵厚度的确定提供一定的理论基础。研究结果表明:采用朗肯土压力、《钢筋混凝土筒仓设计规范》(GB 50077—2003)、Reimbert方法和弹性理论方法,计算得到的封堵墙水平侧压力值较为接近,均大于Janssen理论和Airy理论计算得到的水平侧压力值;普朗铜矿出矿口上部散体对封堵墙产生的总侧压力适合于水土分算原则,出矿口上部崩落矿石散体和井下雨水水头对封堵墙产生的侧压力分别为0.34 MPa和0.059 MPa,则出矿口封堵墙总侧压力值为0.399 MPa。研究结果可为封堵墙的结构形式及封堵厚度的确定提供一定的理论指导。

孔间短延时起爆爆生裂纹扩展行为研究

为掌握逐孔起爆孔间延期时间对爆破破岩效果的影响规律,采用数值模拟手段,以某矿山灰岩为例,建立了双孔爆破数值模型,并标定了灰岩RHT本构模型的34个参数。模拟结果表明:逐孔起爆时,应力增强现象随着延期时间的增大而增大,但当Δt由0增大到80μs时,孔间叠加产生的应力增强可以忽略不计;先爆孔的裂纹扩展面积随着延期时间的增加而增大,后爆孔的裂纹扩展面积随着延期时间的减小而减小,孔间裂纹扩展的宽度随着延期时间的增加而增大。研究成果为数码雷管精确延时性能的推广应用提供了设计依据。

均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理试验研究

为探究均匀放矿过程中细粒冰碛物的穿流机理,以普朗铜矿地表细粒冰碛物为研究对象,利用室内三维物理模型试验方法,开展了细粒冰碛物覆盖层下的粗颗粒矿石均匀放矿试验研究。研究结果表明:均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理主要受“孔隙填充机制”控制,其穿流程度取决于粗颗粒矿石放矿过程中随机产生的孔隙大小和数量;冰碛物颗粒粒径越小,其穿流速度越快,穿流效果越显著,穿流时间越短;根据试验过程中细粒冰碛物穿流规律,构建了细粒冰碛物穿流机理概化模型,结果显示细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动是造成细粒冰碛物穿流的内在因素,细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动越显著,细粒冰碛物穿流越明显。研究结果对揭示细颗粒穿流特性提供一定理论支撑,同时对细颗粒物质覆盖层下的崩落法矿山灾害防控及矿石贫化控制具有实际工程意义。

基于灰色-回归对帷幕注浆影响因素相关性分析

云南昆明某露天矿随着采矿延深,地下水涌水量逐步增大,开采难度提高。为了治理矿山水害,现场选取了局部试验段进行帷幕注浆堵水试验,基于现场物探、钻孔成像、声波测试、压水试验等方式取得的相关数据,选取以每米吃浆量为因变量,注前透水率、水灰比、段长、注浆压力、钻孔深度为自变量参数进行灰色关联性分析和多元回归分析,得出试验段钻孔每米吃浆量及其相关参数的回归方程及关联度,为矿山后续大规模帷幕注浆的注浆工艺和注浆过程参数控制提供借鉴,也为后续岩溶地区节理化裂隙帷幕注浆参数选取方面提供参考价值,为矿山的安全生产提供保障。

高密度电法在尾矿库排洪隧道注浆效果检测中的应用

注浆效果的优劣直接影响着施工的质量进而影响着工程项目的整体安全和效能,对注浆效果进行检测具有重要意义。但是由于注浆施工区域特有的隐伏性,注浆效果难以轻易检测或者评价效果不佳无法为施工提供可靠的参考。以头石山尾矿库排洪隧道脱空注浆加固施工为例,分析了高密度电法的工作原理,布置方式及操作流程,介绍了使用高密度电法对一期注浆效果进行检测分析,取得了良好的应用效果。结果表明:高密度电法能快速、有效的在较大范围内对隧道注浆效果进行检测,把关施工质量,为后续施工提供参考。

露天大水矿床开采渗流场及帷幕防治水模拟研究

露天大水矿床地质条件复杂,若水患治理不及时,边坡将长期浸泡在水中,不仅使得矿体无法继续开采,并且对边坡稳定性造成重大安全隐患。采用地下水渗流软件GMS,遵循“区域—矿区”的思路对矿床开采渗流场进行分析,预测了不同开采阶段矿坑涌水量。后期涌水量过大,单一抽排水方式难以满足治水要求,提出了帷幕注浆防治水方案,并进行不同帷幕布置形式堵水效果分析,得出长度为50 m以上的圈闭式帷幕堵水效果最佳,堵水率可达80%以上。

基于正交试验的巷道支护参数优化研究

巷道支护参数选择的合理性和科学性是保障其长期稳定的关键。以某铜矿巷道为研究背景,在工程地质条件研究的基础上,利用3DEC离散元软件构建了矿山巷道的三维数值模型,设计了3因素3水平L_(9)(3^(3))支护参数的正交试验方案,获取了在不同参数条件下的变形规律和支护效果。通过对巷道支护参数优化以及经济合理性比较分析,确定了较优的巷道支护参数,即锚杆直径28 mm、长度1.75 m、间排距1.2 m,C20混凝土喷射厚度100 mm。采用极差分析方法对影响巷道稳定各因素的敏感性进行分析,从巷道顶板沉降和侧帮水平变形不同角度分析,得到的巷道支护参数因素的敏感性不同。研究结果在一定程度上为矿山巷道支护提供了技术参考,同时对处于类似地质条件下的矿山巷道支护具有一定的参考价值。

基于SMP准则的冻融受荷岩石损伤软化模型

运用损伤理论研究岩石的本构关系一直是岩石力学的热点问题。为进一步深入研究岩石的本构关系,根据现有损伤理论,基于SMP破坏准则,采用双参数Weibull统计损伤分布描述岩石微元体的破坏,定量分析了冻融受荷岩石损伤软化规律,构建了冻融受荷岩石统计损伤软化模型,并运用峰值点的偏导数方法确定其参数,最后引用前人相关力学试验数据对模型的合理性进行验证。结果表明:所建的预测模型曲线可以表征岩石的损伤变形,验证了冻融受荷岩石损伤软化过程的一般规律;运用SMP准则可以对冻融-荷载作用下岩石变形特性进行刻画,为冻融荷载作用下岩石变形破坏机制提供了思路。

某矿膨胀岩巷道支护参数优化数值模拟与工业试验

为解决云南某矿山无轨运输巷道因膨胀性花岗岩引起的工程灾害,通过微观试验、超声波波速测试、锚杆拉拔力测试等方法,对膨胀岩巷道的膨胀等级、围岩松动圈及矿山原有支护效果进行判定,并运用3D-σ有限元模拟软件对9种锚杆参数模拟分析。结果表明:该矿山花岗岩属于强膨胀性软岩,松动圈范围在1.6~1.8 m,原有支护不能满足工程实际;采用喷锚网联合支护时,锚杆长度2.1 m,间、排距分别为0.9 m和1.2 m时的支护效果最好;现场工业试验发现巷道变形在施工2个月左右趋于稳定。

无轨开采下采场结构参数及稳定性数值模拟

云南某矿山矿体赋存条件复杂,矿岩破碎、松软,加之后期转型采用无轨设备开采,导致采场巷道断面增大,原有的采矿工艺和采场参数已不再适用。为保证开采过程的安全,找出适合矿山生产的合理采场结构参数,研究采用3D-σ有限元模拟软件建立采场三维模型,设计不同跨度直接顶板的留点柱、留连续矿柱采场结构形式,对不同采场结构形式下矿岩的应力、安全率、塑性区进行模拟分析。结果表明:采用留点柱的采场形式时,采场内点柱尺寸不应小于2 m,矿房跨度控制在4 m为宜;采用留连续矿柱的采场形式时,采场结构参数建议留4 m宽连续矿柱,矿房跨度为5 m,采用C20混凝土进行进路式充填回采。结合采场模拟分析及矿山实际生产现状,建议采用留连续矿柱的开采方案。后续现场试验证明,该方案不仅能够保证采场结构的稳定性,达到矿山安全开采的目的,而且能有效降低矿石的损失贫化,提高矿山的经济效益。

排土场土石混合体分形特征与抗剪强度特性研究

露天矿山剥离堆积的土石混合体颗粒尺度不一,且力学性质异常复杂。以西藏甲玛铜矿南坑排土场为研究对象,采用现场勘测的方法测定堆积体的粒度组成及其分布特征,开展室内重塑土样的固结排水三轴压缩试验,以分析土体屈服强度特性与剪胀性,以及抗剪强度参数的取值。研究结果表明,自排土台阶坡顶至坡底,土石混合体的土粒减少且块石增多,颗粒的平均粒径呈指数关系增大;土体的粒度分布具有显著的分形结构特征,随块石含量的增大,其粒度分形维数减小。块石含量不同的土样在偏差应力作用下均表征出压密、屈服、塑性流动破坏的剪切特性,且围压条件与块石含量是影响土体剪切变形的两个关键因素,低围压时增加块石含量,土体更易产生剪胀。摩尔库伦强度准则能客观反映土体屈服的现象及过程,随块石含量的增加,土体的黏聚力呈线性减小且内摩擦角呈指数增大。

基于鲸鱼算法优化支持向量机的露天煤矿边坡稳定性预测

边坡的稳定性对露天矿山的安全影响重大,为了快速地对露天煤矿边坡稳定状态进行判断,提出了一种基于鲸鱼算法(WOA)优化支持向量机(SVM)的露天煤矿边坡稳定性预测模型。该方法使用WOA对SVM模型的惩罚系数及核函数参数的取值进行了优化,解决了SVM模型的初始参数值选取困难的缺点,利用WOA优化后的SVM模型对收集到的边坡数据进行预测,并与RF、BP、SVM模型的预测结果进行对比。结果表明,WOA优化后的SVM模型具有更高的预测精度,该模型对确定露天煤矿边坡稳定状态有一定的参考价值。

雨强和坡度对地表冰碛物径流分选特性研究

降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度(200、400、600 mL/(min·m^(2)))和坡度(10°、21°、32°)工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度越小径流分选的颗粒粒径越细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。

考虑高程放大效应的边坡动力稳定性分析

为了在进行露天边坡动力稳定性分析时,准确计算拟静力法中的等效静荷载,采用考虑振速高程放大效应的经验拟合公式进行等效静荷载计算,探索高程放大效应对边坡动力稳定性的影响。以某露天矿山为背景,使用ANSYS/LS-DYNA建立数值计算模型,分别对使用萨道夫斯基公式和考虑高程效应的经验公式下的振速预测值、等效静荷载和边坡稳定性进行分析。研究结果表明,多级台阶边坡存在振速高程放大效应,且高程效应出现在靠近坡面的顶缘位置;通过考虑高程效应的经验公式预测的质点峰值振速相比于萨道夫斯基公式更加合理,并且能较准确地反映高程放大效应。通过考虑高程效应的经验公式计算所得安全系数大于萨道夫斯基公式所得值,但较后者更加精确,计算结果更加可靠。研究可增强边坡稳定性评价结果的可靠性,为边坡岩体动力稳定性评价提供一种新方法。