房柱式采矿地压动态控制及人工智能应用研究

发布时间：2022-02-16 14:50

　　采矿活动对于地球来说是人类破坏地层的自然现象。在采矿过程中,随着有用矿物被采出,采空区周围矿岩体原来的自然平衡状态被破坏,围岩通过变形、破坏（开裂、冒落等）和应力重分布达到新的平衡状态。围岩中应力重分布,以及围岩的变形和破坏称之为地压现象。在房柱式的空场采矿法采场中,地压现象主要表现为矿房顶板应力释放、沉降变形、顶板垮冒、矿柱应力集中和矿柱失稳破坏等。当地压现象较为严重——如顶板大面积垮冒和矿柱失稳破坏时,将会严重影响矿体回采,造成矿石资源大量损失,恶化矿山企业的经济效益。因此,必须对地压进行控制,以保证矿体顺利回采。但是,由于矿体及其围岩体是在漫长的造岩过程和多次地质构造运动过程中形成的地质体,其原始状态和性质在空间上的分布是不均匀的,即采矿对象（矿体）及其所处介质环境是变化的。对整个矿体的不同区段来说,矿体的赋存条件是变化的,而且随着采矿工作不断向前推进,采场的工程环境也在不断变化。此外,矿岩体具有受力历史记忆特性,不同的开采顺序,不同的力的作用时间,其最终的力学效应（即应力分布及变形、破坏结果）不同。因此,采矿过程是一个动态变化过程,采场地压是动态的。本论文从对采场地压动态性的认... 

【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 采场地压动态控制的必要性及意义
    1.3 国内外研究现状
第二章 采场地压动态控制
    2.1 采场地压动态性产生的原因
        2.1.1 地质条件的变化
        2.1.2 矿体赋存条件的变化
        2.1.3 应力环境的变化
        2.1.4 岩石具有应力历史记忆特性
    2.2 采场地压动态控制的含义及内容
    2.3 采场地压动态控制方法
    2.4 采场地压动态控制的实施步骤
第三章 专家系统识别顶板和矿柱破坏模式
    3.1 前言
    3.2 国内外研究进展
    3.3 顶板及矿柱破坏模式知识库
        3.3.1 顶板破坏模式及其影响因素
        3.3.2 矿柱破坏模式及其影响因素
        3.3.3 知识库的建立
            3.3.3.1 知识的收集
            3.3.3.2 知识库中知识的表达
            3.3.3.3 知识库的组构
    3.4 系统简介
    3.5 系统运行及检验
第四章 人工神经网络方法辨识岩石力学参数
    4.1 前言
    4.2 基本原理
    4.3 巷道围岩变形观测
        4.3.1 观测地点的选择
        4.3.2 测点安装
        4.3.3 观测项的选择
        4.3.4 观测
        4.3.5 观测结果的处理
    4.4 岩石力学参数的可辨识性分析
    4.5 岩石力学参数辨识的稳定性
    4.6 神经网络结构与网络训练
        4.6.1 网络结构
        4.6.2 训练样本
        4.6.3 网络训练
    4.7 岩石力学参数辨识的步骤
    4.8 神经网络辨识初始地应力实例
        4.8.1 巷道围岩变形观测
        4.8.2 训练样本生成
        4.8.3 网络结构及网络训练
        4.8.4 预测结果及分析
第五章 地下采矿工程岩石力学问题的数值模拟方法
    5.1 前言
    5.2 数值模拟方法评述
        5.2.1 有限单元法
        5.2.2 离散单元法
        5.2.3 拉格朗日元法
    5.3 数值模拟方法选择
    5.4 计算模型的建立
        5.4.1 几何形状
        5.4.2 计算范围
        5.4.3 边界条件
        5.4.4 初始状态
        5.4.5 模型离散化
        5.4.6 支护结构的作用
        5.4.7 岩体性质及力学指标
    5.5 计算结果分析
第六章 采场地压观测
    6.1 地压观测的目的及内容
    6.2 地压观测
        6.2.1 观测点布置
        6.2.2 观测方法
            6.2.2.1 岩体应力观测
            6.2.2.2 岩体变形观测
            6.2.2.3 岩体破坏观测
        6.2.3 仪表选型及安装
        6.2.4 观测实施
    6.3 地压观测的结果整理分析及应用
        6.3.1 观测结果的整理分析
        6.3.2 地压观测数据的应用
            6.3.2.1 确定矿房安全回采时间
            6.3.2.2 确定矿岩体的力学性质参数指标
            6.3.2.3 确定回采影响范围
第七章 南平钽铌矿基于地压控制的矿体开采规划
    7.1 前言
    7.2 地质及开采技术条件
    7.3 开采区段划分
    7.4 采场结构尺寸初选及采场破坏模式识别
        7.4.1 采场结构参数初选
        7.4.2 采场顶板及矿柱可能破坏模式识别
    7.5 采场稳定性的数值模拟计算分析
        7.5.1 数值模拟方法
        7.5.2 计算方案
        7.5.3 计算模型
            7.5.3.1 有限元模型
            7.5.3.2 离散元模型
        7.5.4 初始地应力场
        7.5.5 采场稳定性分析及参数优化
            7.5.5.1 矿柱稳定性分析
            7.5.5.2 顶板稳定性分析
            7.5.5.3 计算结果
        7.5.6 上下盘矿体回采顺序
    7.6 矿块布置
    7.7 采场地压观测
        7.7.1 地压观测方法选择
        7.7.2 测点布置
        7.7.3 测点安装及观测
    7.8 初始地应力场测试
第八章 结论与展望
参考文献
作者简历
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]岩体稳定和区域稳定数值模拟模型边界条件确定方法[J]. 尚岳全.  岩石力学与工程学报. 1999(02)
[3]关于智能岩石力学发展的几个问题的讨论[J]. 冯夏庭,王泳嘉.  岩石力学与工程学报. 1998(06)
[4]神经网络在岩土工程中的应用[J]. 王勇.  河海大学学报. 1998(04)
[5]小铁山矿分段分条充填法采场结构参数的三维有限元分析[J]. 闫道全,蔡亲友.  南方冶金学院学报. 1998(02)
[6]三峡工程船闸边坡弹粘塑性自适应有限元分析[J]. 陈胜宏.  岩土力学. 1998(01)
[7]采场地压活动规律及地压控制原则研究[J]. 傅鹤林,李庶林,马丹文.  有色金属(矿山部分). 1998(01)
[8]大型洞室群不同开挖顺序围岩稳定效果分析[J]. 李术才,王渭明.  山东矿业学院学报. 1997(02)
[9]板岩山危岩体成因有限元分析[J]. 晏石林,张光辉,刘立胜.  武汉工业大学学报. 1997(02)
[10]开采煤层自燃危险性预测的人工神经网络方法[J]. 蒋军成,王省身.  中国矿业大学学报. 1997(01)



本文编号：3628161