深部主溜井垮塌的有限元分析及实测验证

 针对某地下金属矿山深部主溜井垮塌破坏的工程实际,运用非线性有限元分析软件Midas/GTS,对该主溜井破坏情况进行数值分析;根据溜井及巷道位置关系建立有限元分析模型,进行计算并做二维剖切;根据其最大位移、等效塑性应变及应力特征,初步确定溜井主要垮塌标高范围为-455~-464m,主要垮塌区域为溜井西北部,井壁最大位移大于10m,围岩最大压应力达41.750MPa。在此基础上,采用空区三维激光探测系统(CMS),对垮塌主溜井进行三维激光探测;运用Surpac软件获取的探测数据,建立溜井垮塌区三维可视化模型,获取垮塌区三维空间信息;根据横剖面的垮塌面积和偏离中心线最大垮塌距离,精确确定溜井主要垮塌标高范围为-457~-463m,水平最大垮塌面积92.92m²,主要垮塌方向为北偏西28°,最大长轴14.5m,最小短轴8.1m,垮塌总体积1035m³。综合分析表明,有限元分析的溜井垮塌情况与实测结果基本一致,两者相互补充验证,可准确确定主溜井受力及垮塌破坏状况,为深部主溜井修复方案的合理制订奠定基础。     

深部复杂环境下采空区激光扫描异常点云数据修正

分析了激光扫描轨迹曲线的拓扑关系;研究了深部复杂环境下采空区激光探测结果中异常点:“坏点”和“噪声点”产生的环境因素.针对XYZ格式数据,基于四点插入法提出了坏点修正方法;基于二阶几何连续性提出了弦夹角和弦高比的噪声点过滤复合判据,利用阈值选择方法,过滤噪声点.工程验证表明:修正后空区内部形态、顶板边界更准确,体积修正约20~70m3,顶板高度提高1~2m左右,为空区安全预警提供依据.该算法逻辑简单、计算量小,为深部复杂环境下采空区三维边界信息精确获取提供了一种新方法.     

改进TOPSIS与GA-BP耦合的采空区危险性辨析

针对目前采空区危险性辨析过程繁冗且准确性低的问题,提出了改进的TOPSIS与神经网络耦合的辨析方法.首先,为提高训练样本采空区危险性辨析客观准确性,将理想解方法(TOPSIS)进行改进,分别利用绝对理想点以及IFAHP避免了由于理想解及权重变化引起的逆序现象,并利用各辨析指标不同危险等级的区间临界值实现了TOPSIS对采空区危险性等级划分.将改进TOPSIS运用于某矿山100组采空区进行危险性辨析并验证结果.然后,为简化辨析过程,使改进TOPSIS与GA-BP神经网络有效结合,以经过TOPSIS辨析的100组样本采空区对GA-BP训练得到神经网络模型并对5组样本进行危险等级输出,结果与事实相符.研究结果不仅提高了采空区危险性辨析的客观性,并为简化辨析过程提供了新的思路,提高了工程应用性.     

多场耦合作用下天然土质边坡安全性数值仿真研究

山体滑坡等边坡失稳问题易造成人员和财产的损失,多场耦合作用下边坡的安全性分析对于边坡灾害的防治意义重大.运用COMSOL Multiphysics 5.5数值软件,构建了二维有限元模型,并引入安全学原理,对降雨-渗流-应力耦合作用下天然土质边坡的稳定性进行了研究.研究结果表明:在降雨渗流前1.4 h,天然土质边坡的变形呈直线上升,此时为低风险状态,即处于事故孕育阶段,较为安全;在1.4 h至24 h为缓慢变形阶段,24 h后变形程度又逐渐加大,其中以坡角处变形最为明显,此时为高风险状态,处于事故生长阶段,即较为不安全;在持续作用直至失稳破坏后,转变为事故损失阶段,此时事故已产生,由不安全逐渐转变为趋于安全状态,即逐渐向低风险状态过渡,形成新的平衡状态;基于强度折减法,边坡潜在破坏面为滑动破坏,其主要表现特征为边坡土体内部朝向坡面,由坡角延伸至坡顶处形成滑动弧面,最小位移为0.04 m,最大位移为1.45 m,安全系数为1.283.研究成果可为边坡安全防护提供参考.     

ITOPSIS与PSF耦合的采空区稳定性综合辨析

为提高地下金属矿采空区辨析的客观性,提出ITOPSIS及PSF耦合的综合辨析方法.首先引入TOPSIS方法并加以改进,形成适用于整体辨析的改进的TOPSIS(ITOPSIS)模型:1引入区间值直觉模糊集(IVIFS)以提高定性属性量化描述的客观性;2改进相对贴近度公式,避免了不可区分现象;3针对引发逆序问题的两个因素分别提出绝对理想解及IFAHP定权;4构建了采空区整体稳定性ITOPSIS等级量化区间,并将ITOPSIS运用于某金属矿山.然后,将基于点安全系数(PSF)的数值分析运用于2#,4#采空区局部稳定性分析,由PSF曲线具象地洞悉采空区局部稳定状态.研究结果为更好地综合分析采空区稳定性提供思路.     

深部采场无底柱深孔后退式开采围岩力学响应特征

 运用Surpac 和FLAC^3D组合建模技术建立深部矿区三维数值分析模型,基于多元线性回归分析方法模拟反演出深部区域现存地应力场,采用模型重构方法获取了采场及周边的局部地应力分布规律.研究某采场利用无底柱深孔后退式采矿方法开采的围岩力学响应特征,结果表明:1)采场围岩的最大拉应力为0.40 MPa,最大水平位移为28.2 mm,出现在采场 Y 向中轴线附近南帮位置,最大垂直位移为27.43 mm,出现在 Y 向中轴线附近顶板位置,采场围岩发生了一定范围的塑性破坏;2)采场 Y 向中轴线附近位置顶板位移较大,应加强地压监测;采场东头由于受到爆破积累损伤的影响,在对东头侧向崩矿时,要适当调整孔网参数;采场南帮临近区域要增加预裂孔、减小单孔装药量及每段起爆药量,防止爆破超挖矿柱,影响整个盘区的稳定.