广东省暴雨型浅层滑坡灾害动力预警模型与气象风险预警研究

针对县级地质灾害气象风险预警面临的精度及模型建设问题,根据广东省地质灾害主要发生在坡面残坡积浅表层的突出特点,通过对典型地质灾害进行物理模拟试验和数值模拟,研究广东省浅表层斜坡失稳发生机理。研究表明:边坡在暴雨条件下,斜坡岩土体容易在浅表层首先造成失稳,影响因素主要有降雨量、降雨历时、土体类别和坡体结构等因素。由此,对研究区划分斜坡单元,按各斜坡单元的坡长、坡度、岩土类型、分层及其关键物理力学参数开展斜坡单元概化分类,并将Green-Ampt降雨入渗模型和无限边坡稳定性评价方法相结合,优化构建了动力学斜坡稳定性评价模型。结合龙川县贝岭镇流域应用实例,初步探索了坡面单元尺度下地质灾害气象风险预警斜坡失稳动力学预警技术,可为广东省开展以斜坡单元预警为主要方式的县级地质灾害气象风险预警提供支撑。

基于非饱和渗流理论的区域降雨型地质灾害动力学预警方法研究

结合无限斜坡稳定性分析模型与Iverson瞬时降雨入渗理论,分析建立起基于非饱和渗流理论的预警模型,并以我国南方典型地区为例进行模型试验。结果表明,该方法能动态预测区域降雨型地质灾害发生发展过程,从而为区域地质灾害预警研究提供了一条更为精确的定量化分析方法。

地质灾害区域预警原理与显式预警系统设计研究

通过总结分析国内外经验和新认识,文章把地质灾害区域预警原理初步划分为隐式统计预警、显式统计预警和动力预警三种类型。隐式统计预警是把地质环境因素的作用隐含在降雨参数中,仅仅考虑降雨参数建立模型的方法。显式统计预警是一种把地质环境因素变化与激发因素相迭加耦合而后建立判据模型的预警方法。动力预警是一种考虑地质体在降雨过程中自身动力变化过程而建立数学物理判据方程的方法,实质上是一种解析预警方法。本文以系统工程思想为指导,比较全面地架构了显式统计预警系统的设计方法,包括需求分析、问题表述、目标设定、设计原则、图层设计、系统建模、系统运算、预警等级确定、产品生成、产品会商、产品发布、预警校验、预警决策、应急行动、成本收益分析和系统完善升级等内容。这项设计研究为具体研发设计某个地区的预警系统提供了思想平台,为建立国家、省和市(县)分层级联动的地质灾害区域预警体系提供了技术路线。

基于高斯混合模型的采煤工作面冲击危险性评价

【目的】深入了解声发射或微震能量分布所蕴含的概率学信息,对于工作面回采过程中的冲击危险性评价具有重要意义。【方法】以陕西大佛寺煤矿4号煤层40111工作面作为工程背景,运用物理相似模拟实验、理论分析、现场监测等相关方法进行分析,研究了声发射监测数据在回采过程中的演化规律,阐明了声发射能量概率分布呈现波动性的物理意义,提出了基于高斯混合模型(Gaussianminture model,GMM)及置信区间的冲击危险性评价指标模型,并由现场微震数据进行验证。【结果和结论】结果表明:回采过程中上覆岩层周期性垮落并伴随声发射能量的集中释放。总能量的概率密度函数呈现多自由度的非对称分布,通过对比残差平方和等多项拟合效果指标,确定高斯混合模型为最佳拟合模型。基于EM(expectation maximization)算法的GMM聚类分析,将声发射事件总能量分布划分为两类:高频低能型和低频高能型,其中低频高能型与冲击事件的突发性和高能量破坏特征一致。依据概率-能量梯度变化特征,对工作面开采过程中冲击危险性进行了评估。研究成果为采煤工作面冲击危险性评价提供了概率学上的创新思路,具有在冲击地压监测预警及后续防治中的潜在应用价值。

Mechanism,prevention,and control of mining-induced dynamic disasters in underground metal mines in China:Challenges and solutions

Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological problems to be solved urgently.In this article,the occurrence status and grand challenges of some typical dynamic disasters involving roof falling,spalling,collapse,large deformation,rockburst,surface subsidence,and water inrush in metal mines in China are systematically presented,the characteristics of mining-induced dynamic disasters are analyzed,the examples of dynamic disasters occurring in some metal mines in China are summarized,the occurrence mechanism,monitoring and early warning methods,and prevention and control techniques of these disasters are highlighted,and some new opinions,suggestions,and solutions are proposed simultaneously.Moreover,some shortcomings in current disaster research are pointed out,and the direction of efforts to improve the prevention and control level of dynamic disasters in China’s metal mines in the future is prospected.The integration of forward-looking key innovative theories and technologies in the abovementioned aspects will greatly enhance the cognitive level of disaster prevention and mitigation in China’s metal mining industry and achieve a significant shift from passive disaster relief to active disaster prevention.

土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验研究

边坡系统作为一种天然的力学系统,其变形、开裂、失稳、滑移是一个复杂且难以测量的天然力学过程,常因浅层滑坡灾害而造成严重的人员伤亡和土地资源损失。因此,探索边坡浅层岩体在内外营力作用下诱发的岩体劣化规律及敏感参数是浅层滑坡监测预警的关键。采用自主研发的边坡滑动力NPR锚索监测预警系统,在新昌陈家山村开展了土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验。通过边坡地质调查,在关键监测点位安装边坡滑动力NPR锚索监测预警系统;采用现场标记法记录土地复垦机械开挖点与监测点的时空特征,并分析边坡浅层岩体劣化变形特征与滑动力监测曲线演变特征的相关关系,揭示该系统对陈家山村特定地质条件边坡稳定性的监测灵敏度和临滑预警时间。试验结果表明:针对陈家山村松散堆积层发育的边坡类型,在土地复垦开挖扰动作用下,滑动力监测曲线并未出现类似岩质边坡失稳破坏所呈现的缓升型“不稳定模式”和突升型“裂缝模式”,滑动力监测曲线随着机械开挖点距离监测点越来越近呈阶梯式突降型“多次滑移模式”;该系统在松散堆积层发育的边坡类型下的有效距离监测灵敏度为35 m,分析结果可为类似边坡稳定性监测预警提供参考。

采动应力监测传感装置及应用研究

为研究矿山采动空间围岩应力演化规律以及其导致煤岩失稳问题,基于静水压原理开发了采动应力监测传感装置,在实验室对装置进行了弹性及弹塑性介质条件下的加载试验,并利用该装置在神火集团梁北煤矿进行了现场采动应力实测。结果表明:开发的采动应力监测传感装置在完全弹性条件下,监测结果可真实反映煤岩体应力;随着煤岩破碎程度增大,塑性增强,监测结果仍旧能够准确反映采动应力变化趋势。现场实测表明:孤岛工作面走向上,风巷与机巷各测点的垂直应力随工作面的推进逐步升高到峰值后急剧降低,倾向10 m范围内垂直应力增长幅度随测点距巷帮距离的增加呈增大的趋势。