基于CMS实测的采空区危险度分析及其处理

论文摘要

采空区是地下资源安全开采面临的最主要灾源之一。本文综合运用现场实验、数值模拟、人工神经网络等方法,采用空区精密探测系统（CMS）和Surpac、Flac3D、Phase2、Matlab等数字化软件工具,紧密结合“铜坑矿采区空区形态三维精密探测及数字模拟与监测技术研究”科研课题,针对铜坑矿的具体工程实际,开展基于CMS精密探测的采空区危险度分析研究,主要研究内容如下:1.以先进的空区三维激光探测系统为手段,综合运用QVOL、Surpac等软件工具,完成对采空区的现场精密探测并建立其三维空间模型,准确掌握采空区的三维形态、空间位置、实际边界、顶板面积及体积大小等信息,实现对采空区相关信息的准确有效获取;2.运用数值分析软件Flac3D和Phase2,从位移、应力、塑性变形等方面对空区危险度进行量化分析,并以此为基础,综合考虑采空区的三维形态、空间分布以及规模大小等因素对采空区进行危险度分级;3.以采空区实测信息为基础,综合考虑空区周边矿岩物理力学性质,运用人工神经网络理论,建立采空区危险度辨识的BP神经网络模型,实现对矿山空区危险度的有效辨识;4.在上述研究的基础上,综合考虑空区周边环境、三维形态、空间位置及其与周边工程之间的关系等因素,研究提出对铜坑矿采空区进行合理处理的技术方案。研究以金属地下矿山采空区为对象,以形成金属矿山采空区精密探测、危险度分析和有效治理一体化综合技术为目标,在准确获取空区相关信息的基础上进行可靠的危险度分析,有效的进行预防由采空区引发的灾害,为安全生产提供技术指导与支持,对防止和控制矿山重、特大事故发生起到关键作用,具有重要的理论与现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的由来、研究目的和意义
• 1.2.1 课题的由来
• 1.2.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 采空区探测研究现状
• 1.3.2 采空区危险度分析研究现状
• 1.3.3 采空区处理
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.5 本章小结
• 第二章 地下采空区三维精密探测
• 2.1 采空区三维精密探测系统CMS
• 2.1.1 CMS系统构成
• 2.1.2 CMS工作基本原理
• 2.1.3 CMS系统工作数据流
• 2.2 采空区现场探测
• 2.2.1 采空区CMS探测方法
• 2.2.2 探测空区及分布
• 2.3 CMS原始探测数据预处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于CMS实测的空区建模及空区信息获取
• 3.1 采空区SURPAC模型构建
• 3.1.1 三维建模软件SURPAC简介
• 3.1.2 采空区SURAC建模方法
• 3.1.3 铜坑矿采空区建模
• 3.2 空区体积、顶板面积及边界信息获取
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于实测的采空区危险度数值分析
• 4.1 数值分析方法及分析软件
• 4.1.1 数值分析方法概述
• 4.1.2 数值分析软件
• 4.1.3 岩体力学参数及本构模型
• 4.2 复杂地学模型创建
• 4.2.1 地表实体模型创建
• 4.2.2 地层模型创建
• 4.2.3 块体模型构建
• 4.2.4 约束文件建立及块体单元赋值
• 3D分析'>4.3 基于CMS实测的空区危险度Flac^3D分析
• 3D数值分析模型构建'>4.3.1 Flac^3D数值分析模型构建
• 3D数值分析'>4.3.2 Flac^3D数值分析
• 3D数值分析的空区危险度综合评价'>4.3.3 基于Flac^3D数值分析的空区危险度综合评价
• 2分析'>4.4 基于实测的空区危险度Phase²分析
• 2数值模型的构建'>4.4.1 Phase²数值模型的构建
• 4.4.2 计算结果及分析
• 4.5 采空区危险度综合分级
• 4.6 本章小结
• 第五章 采空区危险度人工神经网络分析
• 5.1 人工神经网络研究现状
• 5.1.1 人工神经网络发展历史
• 5.1.2 人工神经网络的应用领域
• 5.2 BP网络及其改进算法
• 5.2.1 BP算法原理
• 5.2.2 BP网络的学习过程
• 5.2.3 BP网络的优缺点
• 5.2.4 BP算法的改进
• 5.2.5 改进的BP算法在Matlab上的实现
• 5.3 采空区危险度辨识的BP网络模型构建
• 5.3.1 影响因素分析及模型输入参数的确定
• 5.3.2 模型输出参数
• 5.3.3 神经网络的构造
• 5.3.4 训练样本的选取
• 5.3.5 输入数据的归格化处理
• 5.3.6 模型训练及其结果
• 5.4 采空区危险度神经网络辨识模型工程应用
• 5.4.1 工程概况
• #采空区危险度辨识'>5.4.2 细脉带8^#采空区危险度辨识
• 5.5 本章小结
• 第六章 采空区处理
• 6.1 采空区处理方法概述
• 6.1.1 崩落法处理采空区
• 6.1.2 充填法处理采空区
• 6.1.3 采空区封闭处理
• 6.1.4 采空区处理的其它辅助技术
• 6.2 铜坑矿采空区处理方案
• 6.2.1 铜坑矿采空区现状
• 6.2.2 采空区处理方案
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 本文主要研究成果
• 7.2 本文的主要创新之处
• 7.3 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文和参与的课题及获奖情况