深部金属矿山地震活动特性及岩爆的支持向量机预测研究

论文摘要

深井开采中的危险性矿山地震和岩爆是制约矿山开采的重要灾害,严重威胁着地下结构、设备和人员的安全。因此,对于深井矿山中危险性矿山地震和岩爆的预测与控制成为一个亟待解决的问题。本文结合973项目“深部硬岩爆破开挖诱导岩爆与破裂诱变机理”,以冬瓜山铜矿微震监测与岩爆预测为研究背景,通过理论分析和现场监测,开展深井矿山开采条件下的诱导矿震及岩爆预警研究。本文研究内容和主要成果如下：（1）通过分析多个矿山地震参数的变化规律,总结了根据地震参数的变化分析矿山稳定性的一些经验。当累积视体积突然增大,同时地震施密特数突然下降,岩爆几乎必然发生。（2）分析了应力在空间上的分布,两个盘区之间的隔离矿柱产生了应力集中,是安全生产特别应该注意的地方,应适当对此采取防范措施。（3）矿震事件在时间上的分布特征进一步证明了矿山地震与生产活动有紧密联系。矿震震级小于0的事件发生率一天当中有3个高峰时间段,分别为6-8时、14-16时、22-24时,这与采矿作业的三班爆破采掘时间（8时、16时、24时）相吻合,又稍微有些提前,显示出前震现象。震级较大的事件一般都在爆破之后。（4）研究了回采和充填活动对矿山稳定性的影响。分析了采空及充填状态下采场不同的稳定情况。采空状态下,矿震事件发生率很高,充填后事件发生率明显减少,说明采场稳定性与采空和充填状态有很大联系。采场采空后应尽可能及时充填,有益于矿山稳定性。（5）研究了岩爆倾向性预测的支持向量机方法。在总结影响岩爆产生的各种因素的基础上,选取了地震矩、应力降、弹性能量指数Wet,σc/σt4个属性作为岩爆倾向性的影响因子,以能量释放率为预测目标来表征岩爆倾向性的大小。应用支持向量机方法,建立了适合冬瓜山铜矿的岩爆倾向性预测模型。结果表明,预测精度较高。（6）BP神经网络方法相比较于支持向量机方法,在用相同样本进行预测的时候,尤其是小样本的情况下,其预测精度相对较低。说明支持向量机是一种更优的智能预测方法,有着更为广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 矿山地震与岩爆研究概况
• 1.2.2 矿山地震与岩爆预测研究现状
• 1.2.3 支持向量机在岩土工程中的研究现状
• 1.3 主要研究内容、研究方法和技术路线
• 1.3.1 研究内容和目标
• 1.3.2 研究方法和技术路线
• 第二章 冬瓜山铜矿矿震活动特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 冬瓜山铜矿矿床地质条件及开采状况
• 2.2.1 冬瓜山矿床地质条件
• 2.2.2 冬瓜山矿岩的岩石力学性质
• 2.2.3 采矿方法和开采顺序
• 2.3 冬瓜山铜矿微震监测系统应用
• 2.4 矿山地震原理与定量参数选取
• 2.5 采空、充填状态下采场围岩矿山地震活动特性研究
• 2.5.1 研究范围概况
• 2.5.2 应力、变形时空变化规律
• 2.5.3 累积视体积与施密特数的变化规律
• 2.5.4 地震刚度变化特征
• 2.5.5 爆破对矿山地震活动影响
• 2.5.6 充填后采场的矿震活动特性
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于支持向量机的岩爆预测研究
• 3.1 引言
• 3.2 岩爆预测判据研究
• 3.2.1 矿山地震与岩爆的区别及关系
• 3.2.2 岩爆预测判据分类
• 3.3 支持向量机用于岩爆预测的研究现状
• 3.4 支持向量机的理论基础
• 3.4.1 支持向量分类机
• 3.4.2 支持向量回归机
• 3.4.3 支持向量机的特点
• 3.5 基于支持向量机的岩爆预测模型的建立
• 3.5.1 支持向量机LIBSVM工具箱简介
• 3.5.2 岩爆倾向性预测的因素选择
• 3.5.3 样本数据的处理
• 3.5.4 岩爆倾向性预测的Matlab实现
• 3.5.5 预测结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 BP神经网络预测与支持向量机对比研究
• 4.1 引言
• 4.2 BP神经网络的理论基础
• 4.3 岩爆的BP神经网络预测
• 4.3.1 冬瓜山岩爆的BP神经网络方法预测
• 4.3.2 岩爆的BP神经网络方法实现
• 4.3.3 预测结果分析
• 4.4 支持向量机与BP神经网络的对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果