基于拓展的Mathews稳定图法和数值模拟的采空区稳定性分析

某铅锌矿经多年开采遗留下一些未处理采空区,为进行后续开采,现需对采空区进行稳定性研究。通过拓展的Mathews稳定图法、FLAC3D数值模拟软件进行研究,并基于Mathews稳定图法分析暴露时间对采空区稳定性的影响。以矿山三个未处理采空区作为研究对象,利用RMR和Q′值进行岩体质量分级,根据获得的岩体力学参数,使用增加了稳定性等概率线的Mathews稳定图,计算出采空区顶板及上盘的稳定性及稳定概率;计算考虑暴露时间的采空区稳定性概率,进行比较;利用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行稳定性数值模拟分析,并与Mathews合成图得出的结果进行对比。结果表明:综合Mathews稳定图法和FLAC3D数值模拟,6204采空区顶板评价结果为不稳定,其他采空面均为稳定;随着暴露时间的增加,采空区稳定性随之降低,且对岩性较差的采空区有较大影响;拓展的Mathews稳定图法与数值模拟可以相互验证,综合分析采空区的稳定性。

改进的Mathews稳定图法在新城金矿−530 m中段采场设计中的应用

在地下金属矿山开采中,采场结构参数的合理选择对于确保采矿安全至关重要。本文基于Mohr-Coulomb准则对Mathews稳定图法进行修正,提出了一个新的岩石应力系数Aʹ,以更准确地反映不同应力状态下岩石的破坏程度。针对新城金矿−530 m中段矿体断裂构造发育明显、岩层较破碎的特殊地质条件,采用改进的Mathews稳定图法确定最佳采场结构参数。计算结果显示,当采场长度为20 m时,最佳跨度为9 m。为进一步验证该方法的可靠性,利用FLAC^(3D)数值模拟软件对采场的应力分布、位移和塑性区进行了深入分析。模拟结果与改进的Mathews稳定图法计算结果高度一致,证实了所确定的结构参数的科学性和合理性。本文不仅展示了数值模拟与工程经验方法相结合在确定安全开采尺寸方面的有效性,同时也为新城金矿的安全开采提供了有力支撑。

基于Reissner厚板理论与Mathews稳定图的空场采矿法采场结构优化研究

优化空场采矿法采场结构可有效减少矿石的贫化与损失,并且对防止大规模地压活动发生具有重要作用。以大新锰矿急倾斜中厚矿体开采工程为背景,基于Reissner厚板理论,构建了顶柱四边固支的采场顶柱厚板模型,计算了在不同厚度下顶柱的采场极限暴露长度。设计了两种采场结构初步优化方案:加大预留顶柱厚度(方案Ⅰ);增设一条间柱(方案Ⅱ)。采用Mathews稳定图法,结合现场矿岩体结构面调查数据,分析了采场顶柱、上盘围岩与下盘围岩的稳定性,对比了稳定水力半径与真实水力半径的大小,确定了采场结构的最优方案。研究表明:顶柱厚度与极限暴露长度的关系为a=6.4h-8.35;方案Ⅰ的矿石的损失率与贫化率均高于方案Ⅱ,采场结构最优方案为方案Ⅱ。研究成果可为空场法采场结构优化提供一套完整的力学分析方法与一种矿岩稳定性评价方法。

基于拓展的Mathews稳定图法的采场结构参数优化

合理的采矿结构参数是保障金属矿地下开采的前提。为了优化缓倾斜破碎金矿体的采场结构参数,以采场稳定概率大于95%为目标,引进拓展的Mathews稳定图法来优化采场最大跨度和暴露面尺寸,并采用考虑岩梁自重的弹性力学简支梁等理论进行验证。结果表明:当采场长度80 m时,回采进路跨度小于4.36 m时即可保证采场不会破坏;当采场长度80 m时,采场顶板跨度为4.3 m,采场上盘跨度为3.0 m,采场稳定概率能达到95%;优化后的上向进路充填法采场结构参数为3 m×3.5 m。现场工业试验表明:采场结构参数条件下回采过程中采场顶板及围岩未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。因此,基于拓展的Mathews稳定图法适用于缓倾斜破碎矿体的采场结构参数优化。

基于Mathews稳定图的矿体可崩性研究

通过对金川III矿区的工程地质调查、矿岩力学性质试验,获得了表征矿山岩体工程质量的多种指标,在分析了这些指标后,选取了节理间距、RQD、地下水、结构面状态和岩石单轴抗压强度指标建立了III矿区的可崩性评价模型。根据可崩性模型统计出了Mathews稳定图法所需要的参数,即RMR值和岩石的单轴抗压强度。根据这些参数,应用Mathews稳定图法中稳定数的计算方法,计算出每个评价区域的稳定数,然后根据稳定数利用Mathews稳定图计算出每个评价区域的持续崩落水力半径,通过对计算结果的分析表明这些区域适合应用自然崩落法进行开采。

基于随机子空间结合稳定图的间谐波高精度检测方法

为精确检测间谐波参数,提出了基于随机子空间辨识(SSI)与稳定图法相结合的间谐波检测方法。SSI算法可以直接根据含有系统特征信息的端部量测数据检测出系统的参数,首先结合稳定图检测出间谐波分量的个数和模型阶次,然后用SSI算法直接对原始含噪信号精确检测出各间谐波分量的实际频率,如果信号的信噪比大于10dB,则无须去噪,用最小二乘法对各间谐波分量的幅值进行精确检测。分别针对间谐波数值仿真信号、含噪调幅信号及电弧炉电流信号进行间谐波分析,结果表明:该方法抗噪声能力强、计算速度快、检测精度高,尤其对时变性较强的调幅性间谐波信号具有强适应性。仿真结果验证了该方法的可行性与有效性。

稳定图方法在随机子空间识别模态参数中的应用

参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作。稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法,但该方法容易识别出虚假模态。针对这种情况对稳定图方法进行了改进,避免了虚假模态的出现,进而提高了随机子空间方法的识别精度。稳定图方法改进的重点是用模态置信因子来消除虚假模态。同时由于通常采用的阻尼理论与实际情况尚存在差距,影响了识别效果。在稳定图中将阻尼比的标准放松或取消,得到更加理想的识别效果。最后对此方法在一三跨连续梁的数值模型上进行了验证,结果表明,该方法具有良好的识别效果。

对用稳定图识别真假模态的一点改进

利用单位样值响应矩阵和自由响应的特征值分解形式中的特征值前的系数矩阵的范数作为稳定判据，结合稳定图识别真假模态。计算表明，本方法具有较好的分解能力。

用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。

模糊聚类算法稳定图应用于桥梁结构参数识别

将模糊聚类算法应用于稳定图理论,并将该稳定图与协方差驱动的随机子空间法相结合,进行桥梁结构模态参数识别。提出不考虑阻尼的影响,以频率为横坐标,以模态保证准则MAC中任一列数据为纵坐标的模糊聚类算法稳定图。通过比较稳定图中各聚类圆大小的方法进行稳定图真假模态的判别,从而使模态判别不再需要人的主观参与而变得更加智能和准确。通过简支梁和连续梁仿真分析验证了模糊聚类算法稳定图用于桥梁结构参数识别的准确性和较强的抗干扰性。

基于两阶段稳定图的随机子空间识别结构模态参数

基于振动的结构健康监测的前提是从振动测试信号中提取结构模态参数。随机子空间方法是近年来发展起来的一种线性系统辨识方法,可以有效地从环境激励的结构响应信号中提取结构模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作,稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法。但是随机子空间方法容易产生虚假模态,这也是随机子空间方法的一个主要缺陷。因此针对于这一缺陷提出了一种基于两阶段稳定图的随机子空间识别结构模态参数方法,该方法的基本思想是将在现场采集的结构的输出信号进行分段,将各段信号用随机子空间结合稳定图进行识别,然后将所有各段所识别的模态参数再一次用稳定图方法进行分析,得出结构的模态参数。最后用一三跨连续梁的数值模型对该方法进行验证,结果表明该方法具有良好的识别效果。

基于随机子空间结合稳定图的拱桥模态参数识别方法

为了避免目前常用的结构模态参数识别方法容易出现虚假模态等缺陷,提出了一种将随机子空间法与稳定图法相结合的模态参数识别方法。通过随机子空间法有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数,通过稳定图方法确定系统阶次。通过对稳定图方法的改进,避免了虚假模态的出现,进而提高了随机子空间方法的识别精度,并在一钢管混凝土拱桥上对这种新方法进行了验证。结果表明,该方法具有良好的识别效果。

基于Mathews稳定图法的采空区稳定性评价

针对赤峰红岭铅锌矿多年开采遗留下的80个未处理的采空区问题,通过对该矿山工程地质调查、矿岩力学试验,获取了表征矿山岩体质量的多种指标.依据获取的矿岩力学指标,利用Mathews稳定图法计算出试验采空区的稳定数和水力半径,并通过重新绘制的Mathews稳定图和等概率图的合成图,评价出采空区的稳定性以及稳定概率.利用FLAC^(3D)对试验采空区进行数值模拟,结果与利用Mathews稳定图法评价的结果一致.对不稳定采空区进行了参数优化,并对不稳定采空区提出了支护措施.可通过该方法对红岭铅锌矿所有采空区进行评价,并可为类似矿山提供参考.

基于多参考点稳定图的斜拉桥模态参数识别

针对激励未知情况下,运行模态分析容易遗漏真实模态和产生虚假模态的问题,提出了基于特征系统实现算法的多参考点稳定图算法.该算法通过设置不同的参考点,利用自然激励技术结合特征系统实现算法识别模态参数,以阻尼比、基于输出矩阵的一致模态指标和模态置信度作为判别指标,确定可信度最高的模态参数.运用该算法和增强频域分解法对大跨度斜拉桥———崖门大桥的实测数据进行识别分析.结果表明,文中算法能准确地识别出低阶模态参数,能为有限元模型修正提供良好的基础.

基于Mathew稳定图的采场顶板持续冒落临界阀值研究

采场顶板的稳定性关系到矿山安全生产及经济效益,同时也是选择采矿方法和地压控制方法的主要依据之一。通过采场顶板冒落规律的研究,针对香炉山钨矿目前采空区特点及范围,运用Mathews稳定图法确定采空区顶板持续冒落水力半径,并由此反算得出不同采场跨度下的顶板临界暴露面积阀值,为矿山安全开采提供了重要的基础资料和依据。

一种改进的随机子空间辨识方法的稳定图

为在模态参数辨识中更好地区分虚假模态与物理模态,对传统时域子空间方法的稳定图进行了改进。改进的稳定图利用了由输出信号的自相关函数重构的Hankel矩阵,认为系统阶次固定,模态特征的变化趋势随数据量的增加而体现。在稳定图中引入了可表征各阶估计模态贡献量大小的分量能量指标(CEI)作为判断模态特征稳定性的判据之一,以剔除虚假特征。通过对一个受噪声污染、具有密集模态的振动仿真系统进行辨识,从改进的稳定图中可以看到物理模态随数据量增加仍保持稳定,且对应于较大的CEI值,虚假模态的表现则明显相反,验证了该改进的子空间方法的稳定图的正确性和有效性。

基于卷积神经网络的稳定图自动分析方法

提出一种基于卷积神经网络(CNN)的稳定图自动分析方法。在获得不同结构的稳定图之后,按照各自的频率识别精度要求,将稳定图均分成若干个频带,得到单一模态稳定图作为CNN训练样本;通过平移、改变稳定点标记等技术手段对样本进行扩充,再将预处理好的训练样本代入CNN,通过跟踪损失函数在训练过程中变化规律,对如学习率等CNN参数进行调优,最终得到可自动判别稳定图中虚假模态的CNN;以3自由度弹簧质量数值模型、7自由度弹簧质量数值模型、以及一座钢筋混凝土框架结构大楼、瑞士Z24桥加速度实测数据验证了所搭建CNN模型的有效性。训练和预测结果表明,搭建的CNN亦可用于其他一般结构的稳定图自动分析,具有一定的通用性。在无需人为提取任何特征参数,也无需设定任何阈值的情况下,即可自动且准确、快速地剔除稳定图上的虚假模态。

循环遗传聚类法稳定图自动分析

提出一种迭代的基于遗传算法和模糊聚类(IG-FC)技术的稳定图自动分析方法.该算法通过任意给定一个初始聚类数目,迭代使用遗传算法和模糊聚类技术搜索出代表真实模态的聚类中心,最终自动剔除稳定图中的虚假模态.一旦程序参数给定后,可在没有任何人为主观干扰的情况下自动识别出结构的真实模态.使用一个七自由度的弹簧质量数值模型以及加拿大某座钢筋混凝土框架结构大楼、瑞士Z24桥的加速度实测数据验证所提出算法的准确性.算例模态频率的识别结果表明:该算法可以自动且较准确地剔除稳定图上的虚假模态;可以自动判别并识别出相邻模态以及弱激励模态.

基于ARMA-NExT和稳定图方法的飞行器工作模态指示研究

研究了基于飞行遥测数据,使用环境激励模态辨识方法辨识系统的模态参数时,挑选真实模态的方法.首先,详细介绍了ARMA-NEx T环境激励模态辨识方法的理论.接着,给出了模态指示因素,并详细分析了基于稳定图方法、频域和时频分析方法的真实模态筛选的方法.最后通过算例研究了飞行模态筛选的过程.研究发现,通过该方法得出结果与频域和时频分析结果基本一致.

基于正交多项式和稳定图的密集模态参数辨识

由于正交多项式算法在频响函数模态参数拟合时,模态数目和多项式分子阶次较难确定,无法对拟合过程进行干涉。在原有算法的基础上,通过结合稳定图和模态指示函数,确定了频响函数的模态数目和极点(阻尼及固有频率);在已知极点的基础上,由线性最小二乘方法对留数进行估计。此外,该方法被扩展到频响函数的整体拟合。通过将该方法应用于模态耦合严重的频响函数模态参数估计,并与原有正交多项式算法及商业化软件M E’scopeVES进行对比,表明该算法在避免虚假模态或发生模态遗漏现象的同时,拟合结果准确、稳定,抗干扰能力强。