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采空区失稳辨析的RS-CPM方法研究及应用

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有重 要意 义 。
由于 地下 矿 山开 采 地 质 条 件 的复 杂 性 及 地 质
勘察 手段 的局 限性 ， 往往 难 以获 得准 确 判定 采空 区
采 空 区危 险 性评 价 方法 进 行 应用 和 测试 ， 取得 了满
意 的效 果
危险性的全部数据 ， 因此， 传统的采空区危险性判别
际情 况相吻合 。 因而为金 属矿采 空 区的危 险性辨析提 供 了一种新 方法 。
关键词 ： 矿 山安 全 ； 粗糙 集 ； 突变级数 ； 采 空 区失稳 ； Ｒ Ｓ — Ｃ Ｐ Ｍ 方 法
中图分 类号 ： Ｘ ９ ３ ６ 文献标 志码 ： Ａ 文 章编号 ： １ ０ ０ ５ — ２ ５ １ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ ６ ７ — ０ ６ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ７ ２ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ － ２ ５ １ ８ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ ６ ７
金 属采 空 区稳 定性的 ６个主要 因素 ， 即抗拉 强度 、 泊松 比 、 采 空 区体积 、 采 空 区宽 高比 、 埋 藏深度和 空 区群 影响
系数 等 构建起 具 有 ３个层 次的辨析指 标体 系。根据粗 糙 集理 论确 定各个层 次指标 的相对 重要 性 并进行排 序 ，
运用突变理论计算得到 突变级数值 ， 从而实现对采空区危险性的辨析。 实际应用表明， 该模型的辨析求 急 剧增 加 ， 推 动 了矿业 的迅 速 发展 ， 但 各 种灾 害 事 故 也呈 上 升 趋 势 ， 严 重 危 及 人 民生 命 财产安 全 和 国民经济 的可 持续 发展 ｌ 】 １ 。地 下 开采 是 我 国矿产 资 源开 采 的 主要 方 式 ， 在 常年 的 地 下 开 采 过 程 中 留下 大 量 地 下 采 空 区 ，其 失 稳 、 冒顶 、 地 表 沉 陷 及 开 裂 是 地 下 矿 山 中最 主要 的 危
险源＿ ２ ＿ 引 ， 严 重威 胁着 矿 山 的安全 生产 。 因此 ， 对 采
鉴于此 ， 需要引入新 的方法进一步开展采空 区危险 性 辨析 方 面的研究 ［ １ ２ － １ ３ １ 。 本文将粗糙集理论 和突变理论有机结合起来 弥 补 了传 统评 价方 法 的不 足 ， 为采 空 区危 险性 辨 析 提供了一种新 的研究途径 。选择 ２ ６ 个工程实例作 为 训 练 样 本 ，采 取 基 于 粗 糙 集一 突 变 级 数 （ Ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ
主要 依靠 人工 经验 和定 性方 法 。近年来 ， 采 空 区
危险Ｉ 生 评价的新方法不断涌现 ，如层次分析法『 ８ Ｊ 、 Ｂ Ｐ 神经网络ｌ ９ ｌ 、 模糊综合评判法【 ｌ ｏ 】 及灰色优化理论… ］ 等 。但是由于采空 区危 险性受多种 因素的影响， 且
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — １ ２ — ０ ４ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ３ — １ ５
及应用［ Ｊ ］ ． 黄金科 学技术 ， ２ ０ １ ５ ， ２ ３ （ ３ ） ： ６ ７ ． ７ ２ ．
随 着 我 国人 口的迅 速 增 长 和 国 民经 济 的快 速
各 因素 相互 问关 系错 综 复杂 ， 所 以很 难用 准 确 的数 学 方程 来 描述 。上述 方 法虽 然各 具 特 色 ， 并 取 得 了 诸 多 的研 究 成 果 ， 然 而 在 确 定 各 因素 权 重 时 ， 受 人 为 因 素影 响较 大 ，辨 析 准确 性 和客 观 性 受 到 限制 。
弓 Ｉ 文格 式 ： Ｆ Ｅ ＮＧ Ｘｕ ｅ ｆ ｅ ｉ ， Ｌ Ｕ Ｏ Ｚ ｈ ｏ ｕ ｑ ｕ ａ ｎ ， ＷＡ ＮＧ Ｗｅ ｉ ， ｅ ｔ ａ １ ． Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ａ ｎ ｄ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＲＳ — Ｃ Ｐ Ｍ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｅ ｄ Ｇ ｏ ａ ｆ
Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ［ Ｊ ］ ． Ｇ ｏ ｌ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ５ ， ２ ３ （ ３ ） ： ６ ７ — ７ ２ ． 冯雪飞 ， 罗周全 ， 汪伟 ， 等． 采空 区失稳辨析 的 Ｒ Ｓ － Ｃ Ｐ Ｍ 方法研 究
Ｓ ｅ ｔ ａ ｎ ｄ Ｃ ａ ｔ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｐ ｈ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， Ｒ Ｓ — Ｃ Ｐ Ｍ） 的
空 区失 稳 灾 害进 行 辨 析 进 而采 取 合 理 的处 治 和 预 防措 施 ， 为保 证 采空 区的稳定 性 和矿 山安全 生产 具
冯 雪飞 ， 罗周全 ， 汪伟 ， 路凡
中南大学资源与安全工程学院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３
摘 要： 采空区稳定性受静态和动态等 多种因素影响， 且破坏机理复杂， 为了 有效辨识金属矿 山采空区危险性
等级， 研 究采取 了基 于粗糙 集和 突 变级数 的采空 区危险性 辨－ ／ ￣（ Ｒ Ｓ — Ｃ Ｐ Ｍ） 方 法。根 据 突 变级数 法将 选取 影响
第２ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ５年 ６月
簧 学 牲套
Ｇｏ ｌ ｄ Ｓｃ ｉ ｅｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ＶＯ １ ． ２ ３ Ｎ０． ３
Ｊ ｕ ｎ ． ， ２０ １ ５
采 空 区失稳 辨析 的 ＲＳ — Ｃ Ｐ Ｍ 方 法研 究及应 用
１ 采空 区危险性辨析 的 Ｒ Ｓ — Ｃ Ｐ Ｍ方 法 研 究
突变级数法 ｌ ５ ｌ Ｈ 】 是一种综合评价方法 ， 是在 突 变理 论 和模 糊 数学 基础 上产 生 的。该 方法 的基 本思

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基于突变理论的小煤窑采空区失稳判据及应用

基于突变理论的小煤窑采空区失稳判据及应用

摘要 : 小煤窑采空区突发性垮塌灾害是榆神府矿区重大地质灾害问题之一。采用工程地质分析及 数理推导的方法， 分析了小煤窑采空区成灾条件及致灾机理， 构建了顶板 –残留煤柱岩石力学系统， 推导了基于尖点突变模型的采空区系统失稳力学判据。以枣稍沟小煤窑为例进行分析，结果表明， 该方法简便实用，计算结果可靠，为小煤窑采空区稳定性定量评价提供了一种新途径。 关 键 词 ： 突变理论；采空区；煤柱 –顶板系统；失稳判据；残留煤柱率 文献标识码 ： A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.04.012 中图分类号 ： P642.22
[7] [8] 2
稳定性分析，开辟了煤柱 –顶板系统研究的新思路。 贺广零等 [9]将采空区顶板视为弹性板，将煤柱等效为 连续均匀分布的弹簧， 利用板壳理论和非线性动力学 理论对采空区煤柱 –顶板系统失稳机理进行了分析。 由但于榆神府矿区小煤窑采空区形成年代久远 ( 不具 备井下实测条件 ) ，采掘资料缺失，现有的勘探手段 难以查清各个残留煤柱的几何尺寸及空间分布， 使得 基于突变理论在规则开采条件下的研究结论难以在 该矿区废弃的小煤窑采空区稳定性计算中推广应用。 本文将以笔者所承担的榆林 —神木高速、 包西铁 路、锦界工业园区等大型工程建设下伏的 30 多个小 煤窑采空区勘察设计与施工项目为依托， 采用工程地 质分析、数理推导分析方法，揭示此类隐蔽灾害的成 灾条件及致灾机理， 构建小煤窑采空区顶板与残留煤 柱岩石力学系统， 采用突变理论求解数学判据并进行 工程应用。
12 x 2 2u
(3)
程，即：
8u 27v 0 系统发生突变的判据为： 0 0 0
3 2
(4)
系统稳定 系统临界状态 系统不稳定 (5)
矿山采空区灾害风险分级与失稳预警方法

矿山采空区灾害风险分级与失稳预警方法


3、加强监测设备的研发和应用，提高设备的可靠性和灵敏度，确保监测数据 的准确性和实时性。
4、结合大数据、人工智能等技术手段，对监测数据进行分析和处理，提高失 稳预警的精准度和预见性。
总之，通过不断完善和优化矿山采空区灾害风险分级与失稳预警方法，有助于 提高矿山安全生产水平，预防和减少灾害事故的发生，保障矿山工作人员的生 命财产安全。
2、监测预警法：该方法通过在采空区周围设置监测设备，对岩体的位移、应 力、地下水等参数进行实时监测。通过对监测数据进行分析和处理，及时发现 失稳迹象并采取相应的防范措施。
四、方法与实例
以某矿山采空区为例，阐述灾害风险分级和失稳预警的具体实现过程。首先对 该矿山的采空区进行全面的地质勘查和开采现状调查，确定采空区的形态、大 小、地质条件等基础信息。结合历史灾害数据，对采空区灾害风险进行分级， 并制定相应的预警方案。
矿山采空区灾害风险分级与失稳预警方 法
01 一、引言
目录
02
பைடு நூலகம்
二、矿山采空区灾害 风险分级
03 三、失稳预警方法
04 四、方法与实例
05 五、结论
矿山采空区是矿井安全生产中的重要环节，而采空区灾害的风险分级与失稳预 警又是矿山安全的重要保障。本次演示将围绕矿山采空区灾害风险分级与失稳 预警方法展开，旨在提高矿山安全生产水平，预防和减少灾害事故的发生。
在实际应用中，该方法成功预测了多次采空区失稳事件，并采取了有效的应对 措施，有效保障了矿山生产的安全。
五、结论
本次演示介绍了矿山采空区灾害风险分级与失稳预警方法的相关内容。通过对 矿山采空区灾害风险的分级方法和标准进行详细说明，并结合数值模拟法和监 测预警法两种常用的失稳预警方法进行阐述。最后通过实例分析，说明该方法 在矿山安全生产中的具体实现和应用效果。
采空区稳定性监测预警新技术研究与应用_尹彦波

采空区稳定性监测预警新技术研究与应用_尹彦波

(1)采空区顶盖的监测 。 无论是何原因引起采 空区发生大规模破坏 , 采空区最具危险性的破坏形 式 , 是采空区顶盖发生突然的大规模垮冒 , 形成冲击 波危害井下作业人员 , 因此对顶盖破坏的监测至关 重要 。 采空区顶盖监测主要方法如有 :深部基点位 移观测 、地表沉降观测 、钻孔水位观测 、顶板厚度观 测 、巷道沉降位移观测 。
系数 。
由式 (4)可知, 当 X(1)(t)※ +∞时 ,则 lna(t0a--bbtt00·)tt ※ +∞,也即 at0 -bt0 · t※0。
由式 (4)可见 , 初始时间 t0 ≠0, 一般 t0 ≥1, 则 :t ※a/b。
由此可见 , 当岩石的变形量趋于无穷大时 , 时间
t趋于一定值 a/b。 因此 , 可将 T=a/b作为失稳预
矿产的大规模开发和利用 , 极大地推动了人类 经济和社会的发展 。 但是由于矿山的开采引起的地 面沉陷等灾害也给人类的生活和生态环境带来了消 极的影响 。 矿山沉陷对矿区环境造成的严重损害 , 己成为制约矿区可持 续发展的主要问 题之一 。 如 1875年德国的约翰 · 载梅尔矿 , 由于地表塌陷使得 铁路钢轨悬空 , 影响铁路运行 , 据 1895年德国的 “幸 福 ”杂志记载 , 在波希米亚的白流克程发生了地下 开采危及地面的严重事件 , 地面的突然沉陷毁掉了 31所房子 。开采沉陷造成巨大的经济损失 , 甚至人 员伤亡 ;由于采空区所引发的灾害在国内矿山中也 不胜枚举[ 1] 。
对矿山地压灾害预测预报的研究一般是在地质 调查评价 、理论分析 、地压监测等的基础上 , 运用各 种分析方法对岩体稳定性及地压灾害进行预测预报 研究 , 所采用的预测预报分析方法有回归分析方法 、 经验公式法 、临界值法等 , 但是 , 由于矿岩体的高度 非线性 、模糊性和不确定性等特征 , 决定了采空区顶 板或矿柱围岩失稳即矿山地压灾害预测预报系统是 一个高度复杂的非线性系统 , 因此 , 本研究采用非线 性科学理论模型对其稳定性进行预测研究 , 涉及的 非线性科学理论主要有 :灰色理论预测模型 、分形理 论预测模型 、突变理论预测模型 (尖点突变模 型 )、 Verhulst预测模型 、Verhulst反函 数预测模 型 、非线 性动力学预测模型等 , 本文主要介绍 Verhulst反函 数预测模型的建立及其在柿竹园多金属矿的预测研 究 [ 4] 。 2.1 Verhulst反函数预测模型
煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨

煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨

煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨摘要：由于矿藏的开采，形成大范围的地下空洞区域，这个区域就称为采空区。

采空区稳定性问题是一个复杂的系统，受多种因素影响和控制，如地质构造、水文地质与工程地质、开采技术条件等等。

采空区稳定性问题在国内外属于一个比较新的课题，目前尚处于起步阶段。

但是许多学科的发展为其深入研究提供了新的研究契机。

从丰富岩石力学内容，将理论的发展转化为生产力的角度出发，本课题的研究也显得非常迫切，也具有很高工程实用价值。

关键词：煤矿采空区场地稳定性评价采空区的存在，给工程建设埋下了极大的隐患。

在国内，对于采空区，工程建设时，由于在开采时技术管理的不规范和在对采空区稳定性评价的手段上存在一定难度，多数情况下采取绕避措施，造成了投资和土地资源的极大浪费。

随着我国经济的迅猛发展，工业和基础设施建设的数量和范围也在不断的扩大，土地资源显得日益紧缺，大多数采空区还处于闲置状态，为了最大化的重新利用采空区地表，加强对采空区稳定性研究和处治显得日益紧迫。

一、影响煤矿采空区场地稳定性的因素分析1.1 煤矿采空区覆岩的石岩组类型覆岩力学性质是对采空区下沉影响程度较大的因素，我国的煤矿开采实践也表明：岩体越坚硬，地表下沉系数的值就越小。

由于破碎的岩体具有分形的几何特性，因此，可以用小尺寸的破碎岩体(数十毫米级)模拟大尺寸的破碎岩体(数十米级)。

为了模拟近似实际的矿山压力，采用伺服机实验设备，可以达到实验要求。

而只要满足了几何相似和应力应变相似，即可进行相似模拟实验。

软硬岩石高压固结模拟实验结果表明：①覆岩的力学性质和结构特征对沉陷变形的影响很大，软岩比硬岩更易被压缩变形，故在软岩厚度大的采空区，地面沉降量会相对较大；②地下水的浸泡可使软岩产生更大的附加沉降，故煤层顶板中较厚的软岩会导致固结沉陷速度加快，沉降量增大，采空区稳定性变差；③覆岩主要为硬岩的条件下，沉陷稳定的时间较长，若覆岩主要为软岩，则沉陷稳定的时间较短。