单孔爆破振动监测与衰减规律多元线性化回归

岩体爆破振动效应与其影响因素之间存在复杂的非线性关系,准确预测爆破振动衰减规律是开展爆破设计与灾害控制的基础。在分析了传统萨道夫斯基公式存在不足的基础上,引入了考虑质点与爆心高程差的萨道夫斯基修正公式,并将其非线性函数关系式线性化,建立了爆破振动衰减规律多元线性数学模型;运用最小二乘法理论推导得到模型中K、α和β三个未知参量,获得了修正的萨道夫斯基爆破振动衰减多元线性化回归公式。针对铜坑矿锌铜矿岩体单孔爆破振动监测数据和工程地质条件,采用所提出的爆破振动衰减规律多元线性化回归公式对监测结果进行分析。研究结果表明,所提出的爆破振动衰减多元线性化回归公式可靠度高,且式中参量表达含义与锌铜矿岩体坚硬特性相吻合,能够为锌铜矿体后期爆破开采设计提供科学指导。

岩爆烈度预测的改进物元可拓模型与实例分析

应用改进的物元可拓理论,并选取影响岩爆烈度的主要因素,如硐室最大切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、岩石单轴抗拉强度σt以及冲击倾向指数Wet,以σθ/σc、σc/σt及Wet作为岩爆烈度评价指标,建立岩爆烈度预测的改进物元可拓模型。该模型首先确定岩爆烈度分级标准,通过隶属函数对分级标准进行隶属化,并确定节域隶属化范围,弥补特征值可能超出节域而使关联函数失效的缺陷;然后运用博弈论,将评价指标客观动态权重与主观静态权重优化、融合,克服传统物元可拓评价中单纯依靠特征值赋权而忽略特征本身对评价结果的重要性的弊端;最后通过最大关联度准则对岩爆烈度等级进行预测,从而建立岩爆烈度预测的改进物元可拓模型。为进一步考察该模型有效性及实用性,运用该模型对国内外20个岩爆工程进行分析。应用结果表明:该模型预测结果与实际情况吻合较好,且与传统物元可拓评价方法和模糊数学综合评价方法得到的结果相比,具有更高的准确度。

基于开采环境再造顶板最小安全厚度研究

针对高价值软破矿体的特殊性,设计采用开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法回采,并着重对顶板最小安全厚度进行研究。首先通过结构力学解析法对顶板沉降量的计算,估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围;然后运用FLAC3D软件建立了开采环境再造采场数值模型,并对不同厚度顶板进行模拟计算,揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律,表明了塑性区、应力扰动范围以及沉降量都随着顶板厚度的增加而减小,且减小的幅度趋缓。以顶板沉降量为判据,模拟结果得出顶板厚度为9 m时的最大沉降量为7.67 cm,满足矿山安全要求。同时,兼顾顶板施工工艺、构筑成本和服务年限,得出顶板的最小安全厚度宜取9 m。

采场稳定性的模糊物元评价模型及应用研究

为给矿山开采工艺与采场地压控制方法的决策提供可靠依据,在模糊物元分析原理的基础上,构造了地下采场稳定性的复合模糊物元评价模型.该模型包括物元的事物M(采场的稳定性分类等级),各项评价指标C及其相应的模糊量值μ(x).为避免权重确定的主观随意性,采用了熵权法与专家打分法相结合来确定评价指标的综合权重.最后根据关联度的计算结果与最大关联度原则,实现了对铜绿山矿采场稳定性等级的综合评判.评价结果表明:采用模糊物元分析法进行采场稳定性评价是有效可行的,为岩体稳定性评价提供了一条新的思路.

金属矿山地表沉陷的可拓评价预警

针对金属矿山地表沉陷灾害的预警问题,应用可拓学理论,建立基于物元和关联函数的矿山沉陷评价预警模型。选取沉陷密度、沉陷面积率、断层密度、覆层强度指标、深厚比、下沉系数6个预警指标,划分4级预警模式。根据各指标特征建立关联函数并计算关联度,结合德尔菲-层次分析法确定指标权重。选取我国4个典型金属矿山开展模型验证,获得各矿山地表沉陷的预警等级,与矿山实际情况对比分析认为评价结果具有较好的可信度。该方法操作简单,结果直观,为金属矿山的地表沉陷预警提供了新的思路。

矿岩自燃发火巷道烟气流动的数值模拟及评价

利用矿岩自燃发火巷道烟气流动所遵循的控制方程,对烟气流动特性进行数值了模拟。通过模拟计算得出了发火巷道内烟气流动的速度场、温度场详细分布情况。并采用预计热舒适指标(PMV)、预计不满意百分比(PPD)对巷道中的空气质量进行了评价。利用模拟计算结果,可以为铜坑矿地下火和毒气蔓延的控制以及火区特大事故应急救援预案的制定提供技术依据。

基于连续采矿的顶板诱导崩落时变力学特性分析

时变力学是以随时间变化的力学行为体为研究对象,分析在时变过程行为中的力学特性的一个力学分支。在连续采矿过程中,由于回采的不断推进,采场的几何边界在不断的变化,矿岩力学性质也随着变化(弹塑性材料),使得采矿活动是一种典型的非线性时变力学。从时变力学的理论出发,推导了采矿过程中边界条件变化的数值分析的基本方程。根据某矿基于连续采矿顶板诱导崩落设计方案,建立了弹塑性的非线性时变力学数值计算模型,对无人工诱导崩落条件下的连续采矿进行了数值模拟,其应力结果分析表明,在第3采矿步距下,顶板出现亚平衡临界状态,可以实施人工诱导崩落强扰行为,同时针对诱导行为对诱导崩落预裂与崩顶硐室的位移与安全系数进行分析,表明适时的顶板人工诱导崩落可以安全高效的解决矿山空区处理,确保矿山的安全生产。

采矿环境再造结构及监测技术研究

矿床的开采对环境带来了极大的污染和地质灾害问题，基于对采矿科学本质属性的认识，提出了开采环境再造的科学命题，其核心之一为人工构建再造采矿地质结构，而结构的稳定性是开采环境再造的关键。以结构的构造和监测技术为命题，开展采矿环境再造结构的监测技术研究，从崩落高度探测、裂隙发育探测、应力和位移探测技术等对结构进行监测设计，其应用将有利于提高采矿环境再造结构的设计和工程实践水平.

基于采矿环境再造的再构空间结构稳定性分析

软破矿体高效安全开采是一个现代采矿技术难题.基于采矿施工过程力学、结构力学理论基础,提出了采矿环境再造的新采矿技术与理论,即利用钢筋混凝土实现采矿空间结构再构,并以再构空间环境开展采矿作业.以Ansys软件为工具,对采矿环境的空间再构的结构进行数值模拟试验,分析其应力、变形和混凝土的裂隙演化状态.在采空区未充填和充填两种模式下,再构空间结构的最大垂直位移分别是0.30 m和0.14 m,而最大的拉应力达到3.8 MPa,最大压应力达到42.2 MPa.而采矿过程中,未充填的人工再构顶板结构混凝土中存在大量的二维裂隙,并且在顶板中心位置存在部分三维裂隙发育.结果表明,在进行采矿环境再构的构筑物,能够承受采动过程中的应力转移,但由于裂隙的存在,顶板需要采用合理的锚支补强和空区充填技术,强化再构顶板构筑物的安全稳定性.

可爆性分级的博弈论物元可拓预测模型及其应用

建立了可爆性分级预测的博弈论物元可拓模型,以弥补现有岩体可爆性分级方法的不足。首先确定岩体可爆性分级指标与分级标准,通过隶属函数对分级标准进行隶属化,并确定节域隶属化范围,弥补了特征值可能超出节域而使关联函数失效的缺陷;然后运用博弈论,将评价指标客观动态权重与主观静态权重优化、融合,克服了传统物元可拓评价中单纯依靠特征值赋权而忽略特征本身对评价结果的重要性的弊端;最后通过最大关联度准则对岩体可爆性等级进行预测,从而建立可爆性分级的博弈论物元可拓预测模型。工程应用研究结果表明,在锌铜矿体中顶板围岩和矿体中等易爆,下盘围岩较易爆,预测结果与实际工程地质情况有较好的一致性,并提出了相应的矿山工程爆破控制措施。

基于综合权重的硫化矿石自燃倾向性评价研究

硫化矿石自燃是含硫金属矿山在采矿过程中的重要灾害之一,其自燃倾向性大小是预防硫化矿石自燃工作所需的重要指标。引入模糊综合评价法确定硫化矿石自燃评价的因素集,并将自燃倾向性分为4个等级,利用四逻辑分区法确立了隶属度函数,从而得到各矿样的隶属度;运用层次分析法和变异系数法综合确定了权重系数;最终建立了硫化矿石自燃倾向性综合评价模型。将已知13组实测数据代入数学模型进行了自燃倾向性评价,得到的结果与实际情况相符合,说明该方法在硫化矿石自燃倾向性评价中合理可行。