文摘
为了确保安全开采公里采矿工作面地面压力受到影响,金属矿山地压监测和早期预警提出了基于深度学习数据分析。阐述了岩爆的理论基础,分析深井岩爆的诱导因素,分析和介绍了岩爆的分类,着重于岩爆的渐进破坏过程和标准的岩石裂缝深度深在金属矿山矿石和岩石,进行三轴应力-应变试验的核心实验室,和评估的岩爆倾向通过弹性应变代深矿石和岩石,力量脆性系数法和脆性变形系数法。岩爆的实时监测和预警系统,可以监控在工作面超前压力的动态变化实时并给予实时预警的危险区域和程度岩石破裂。实验结果表明,工作面进入故障部位时,进步170前面的错。当工作面推进100前的断层,它进入高应力区域形成的断层构造应力的叠加和矿山压力。当工作面推进前40米的错,压力达到最大值。因此,该系统可以准确地预测风险区域和其风险的影响程度,实现安全开采的高影响风险的脸。
1。介绍
有色金属矿山很穷,丰富的矿山;小型矿山、大型、大型煤矿矿产资源严重缺口,金属矿业技术直接影响中国的国防安全与全面小康社会的建设。在中国现阶段,一些采矿设备实现了大规模的自动化,智能挖掘技术已经连续或半连续和矿业生产和管理已经广泛应用于计算机技术,有效地推动了金属矿业的发展。近年来,随着开采深度的增加,开采条件已经越来越难做。动态岩爆等灾害和金属矿山地震已成为矿区的主要威胁安全生产。领域的岩爆监测和预测,电磁辐射监测法和钻屑法广泛应用(1]。然而,由于地铁和电磁环境的复杂性在一些矿山,它有一个很大的影响在电磁辐射监测方法的监测结果,导致大型监测结果中的错误。钻井岩屑的数量是一个综合指数包括矿山压力,矿物属性,突出环境,哪个更实用和可靠的,但其突出缺点是运营商的危险在实现过程中,个别操作错误,和持续的监控,导致有用的信息的遗漏2]。在这方面,许多专家和学者也进行了许多专业、深入研究岩爆灾害理论和数值模拟分析,但研究微震的地面压力在线监测技术已经取得什么进展,由于起步较晚,缺乏核心技术3]。
采矿业主要是在1960年代和1950年代开发的;由于技术水平有限,大多数有色金属矿山大大减少,甚至耗尽资源经过几十年的开采。现有的大多数有色金属矿山已经进入了中期和后期矿。有色金属矿产资源的进口量逐年增加,而工业化仍处于快速发展的状态。在现代经济的发展,随着工业化的进一步发展,有色金属的经济消费仍将大大增加,和当地矿产资源不足以维持经济发展。深部开采是采矿业的必然趋势,和岩石爆炸灾难是不可避免的现象,高压力和深部开采地面压力。研究深井地压活动的法律控制的基础的岩石爆炸地面压力等灾难。深部开采是矿业的必然趋势。岩爆灾害是不可避免的现象,深部开采地压在高压力。研究深井地压活动的法律的基础控制岩爆等地压活动。 In this paper, the rock burst tendency is evaluated from the rock burst inducing factors, progressive failure process, and mechanical parameters obtained from rock mechanics experiments. Combined with the most advanced microseismic monitoring technology, the rock burst is deeply studied, and the application of microseismic monitoring technology in deep well mines is emphatically analyzed. The law of ground pressure activity in deep wells is analyzed and studied based on microseismic data. Finally, a three-level early warning model is established [4,5]。这有一定的作用,促进地下矿山微震监测技术的应用。深井岩爆的三级预警模型基于微震的具有一定的参考和实用价值相似的其他深井矿山地压灾害(6]。地面压力监测技术和设备在图所示1。
2。文献综述
罗宾逊等人利用微震的现象来研究岩爆问题深井采场采矿过程的精确定位的位置和使用地震学理论岩石破裂,这促进了使用微震的现象地面压力控制和研究现象,尤其是岩爆问题[7]。通过调查和分析,沃辛顿和福利发现主要有以下问题的监控和预防岩爆:有大量的矿山岩爆;岩爆矿山广泛分布的区域,以极大的地质和开采技术条件的差异。影响岩爆的发生的因素是不同的,和发生机制,监控和预警机制岩爆是不同的8]。Kanabkaew等人进行了深入研究微震的信号的特征变化前后的坚硬的岩石岩爆灾害,发现岩石破裂前,微震的信号强度将继续增加;即微震的信号强度会出现强劲的,然后会有一个突然的能量下降的趋势,其次是岩爆或其他地面压力灾害(9]。
力拓等人提出,有许多岩石破裂监测参数和设备制造商,这使得它很难监测系统之间建立一个统一和标准化的数据接口和类似系统由不同的制造商。缺乏“时空”岩爆监测参数之间的相关性,其中大多数是单身指数预警和预警结果不能实现实时联合分析。监测和预警结果的准确性需要进一步提高(10]。Romashchenko等人用统计理论来研究微震的活动和矿石回收率,评估风险程度的金属矿山地震根据能量释放值在一段时间和空间,并成功地应用在当地煤炭金属矿山(11]。陈进行深入研究微震的信号识别和微震的地压灾害前兆定律,取得好的确认成功地压灾害的预警12]。马等人系统地研究了深井岩爆现象由南非微震的系统建立了会泽铅锌金属矿山和获得系统的结论13]。奥兹等人开发了一种新的防爆微地震监测系统适用于煤炭金属矿山环境,进行了很多研究煤矿地面压力的预测和预防灾难,并取得了良好的结果(14]。森古普塔等人介绍了南非微地震监测系统,进行了深入的法律研究岩体破坏活动和采矿扰动引起的微震的活动,并取得了良好的结果(15]。
在此基础上,本文提出了矿山地压监测和早期预警系统深入学习数据分析的基础上,开发一套岩爆的实时监测和预警系统,可以实现连续,可靠,安全监测和预警的岩爆风险区域和风险程度,并成功地应用于许多矿山岩爆的威胁,并取得了良好的结果。
3所示。研究方法
3.1。实时在线监测的基本原理和岩爆预警系统基于深度学习
3.1.1。卷积神经网络
深度学习的重要方法之一,卷积神经网络使用的认知联系,功能抽象,和自主学习能力的卷积神经网络在线监测和预警流程进行模拟时进行冲击压缩在深度学习16]。卷积神经网络(CNN)最初提出的基于自然形成的人类视觉系统,在图像识别与自然优势和特征提取17,18]。深度学习卷积网络的最大的特点是输出特性之间的非线性对应关系图和输入图,所以卷积神经网络可以被看作是一个复杂的过滤器。CNN主要学习图像的特性在不同方面通过卷积,池、链完整操作,符合认知的过程图像通过人类的视野。人类观察和学习一个图像时,首先注意它的亮度,对比度,色彩,以及其他的宏观信息,其次是本地信息如棱角和线,然后提取更复杂的信息,如几何形状和模式,并最终形成图像的认知在人类的大脑19]。
3.1.2。预警原理和设定预警值的实时监测和预警系统的岩石破裂
实时在线监测和早期预警的过程中岩爆模拟使用认知联系,功能抽象,深度学习和自主学习能力。岩爆的实时监测和预警系统,预测岩爆基于等效钻井岩屑的方法;即在该地区与岩爆风险,岩爆发生之前,矿山压力逐渐增加,岩爆可能发生只有当压力达到岩石破裂极限,此时,钻屑量将超过额定的安全指数。因此,应力增量的变化规律之间的关系和钻井岩屑的数量可以由分析监控数据,并可以间接获得的钻屑量变化规律,从而实现钻井压力测量的使用而不是钻井岩屑为主要监测和早期预警指数。然而,钻屑量和钻井压力综合指标包括矿山压力、矿物特性,和突出的环境,和矿物seam特性,埋藏深度和屋顶的组成矿物开采是非常不同的。很难找到的钻屑量之间的关系和钻井压力通过理论分析和计算。因此,通过案例研究中,钻井深度之间的关系和钻井岩屑和轴承压力分布之间的关系和钻井围岩压力Jisan煤矿进行了研究,然后获得钻井岩屑和钻井压力之间的关系(20.- - - - - -22]。
根据系统的基本原理,考虑简单的现场应用,该系统采用的方法“单点预警+过程判断”来预测和预警岩爆的风险。单点预警是指预警方法,发出预警提示,当应力值的压力监测在监测区域达到设定预警值。过程判断是指分析预警的原因和屋顶的法则运动单点预警的基础上,利用金属矿山压力的相关理论,以进一步确定危险区域的风险程度,采取相应的措施。的埋深钻孔应力计在测试测点工作面是8米。因此,有必要计算黄色和红色区域预警指标的井眼围岩压力和钻井岩屑在8米的深度。钻孔深度的关键预测阈值8 m是:(1)点:压力值37 MPa,应力比1.85,影响的风险(2)B点:压力值26.6 MPa,应力比1.33,风险没有影响(3)点C:钻井岩屑的数量是2.8 L / m,小于5 L / m的黄色预警值,并且没有影响的风险(4)点D:钻井岩屑的数量是5.2 L / m,这是大于5 L / m的黄色预警值和不到的红色警告值6.2 L / m。有一个风险的影响,黄色警告(5)E:钻井岩屑的数量是6.5 L / m,这是大于6.2 L / m的红色的预测价值。有风险的影响。红色的预测立即停止生产并处理危险的区域
初始设置的井下压力计安装深度8米是6 MPa。监控相对应力值之间的比较和钻屑量的显示,当实测应力值达到8 MPa,钻屑量达到5 L / m;当测量应力达到10 MPa,钻屑量达到6.2 L / m。因此,早期预警值使用相对应力值作为指数是黄色预警8 MPa和红色预警10 MPa。其他钻孔不同深度可以使用这种方法来获得预警阈值在不同的深度。应该指出,上述方法获得的结果仅仅是经验值,还需要测试和修正的钻井岩屑工作面开采过程的方法。具体方法是显示在图2。
3.2。岩爆判据和趋势评价分析金属矿山
这是一个突然的脆性破坏一定体积的硬摇滚伴随着一定的能量。这是一个极其复杂的动态的灾害现象。岩爆破坏可以分为以下三个阶段:分裂成盘子,切成块,和排出。岩爆的截面室可分为喷射区和放松区,和放松区可分为分裂剪切带和分割区23]。
岩爆的振动和喷射特性的动态特性是区别于其他形式的地压灾害。振动特点:振动引起的岩爆强度一般较低弱。岩石破裂强度高会引起严重的振动效应,同时释放大量的能量。这样的振动甚至会诱发次生伤害:底板的影响将会崩溃或影响地表建筑物和结构的稳定性。弹射特点:弹射的岩爆发生时,部分皮带有一定的初速度时抛出。岩爆级别的分类根据初步投掷速度表所示1。
3.3。评价金属矿山岩爆倾向的深
作为一个为数不多的证明坚硬的岩石多金属矿山一公里的埋深和开采深度超过900米,金属矿山的围岩是石灰岩,和矿石岩石的普氏系数f大于8,这是比较稳定的。因此,开采深度和围岩和矿石的硬度的岩石,它显示了金属矿山岩爆的可能性更大。岩石样品研究了取自水平的核心深处- 550我的中间部分:(石灰石),(石灰石),(铅锌矿石)。单轴抗压强度(拉伸)和装卸测试总应力-应变曲线的峰值强度和测量测试前进行四个核心样本(24,25]。
根据矿石和岩石的力学性能,进行了三轴压力试验在实验室的集团公司附属金属矿山。结果如表所示2。
3.3.1。临界深度的标准
岩爆的临界深度的标准在不同的矿石和岩石认为,尽管岩石破裂主要发生在该地区拥有大量水平构造应力,如果酮室的埋藏深度足够大,即使它不受构造应力的影响,只有自重应力的影响上覆地层,岩石破裂也可能出现在石头室。它认为自重应力的影响,推导出计算公式的最小埋深不同引起的岩爆岩石弹性的原则,也就是说,临界深度,所示 在哪里岩石的泊松比和吗是岩石重力(单位:N / m3)。
岩石破裂的临界深度可以用岩石物理力学参数计算单轴抗压强度和泊松比等不同的岩石上面的公式。见表3。
从表可以看出3矿石和岩石的中间部分矿井深处的-550(表面海拔是-102米,埋深下降应该是652)已达到岩石破裂造成的临界深度。金属矿山的最大水平应力大于垂直应力和水平地应力比垂直地应力是1.7:1.1。原位应力主要是水平构造应力(26]。在这种应力分布,应力集中现象的巷道和采场围岩更明显,和深部采场的岩爆的可能性更大。
3.3.2。弹性应变能量存储索引的方法
弹性应变能量储存指数法是指岩石弹性应变能的比值在单轴应变能量消耗(压缩)装卸。即确定岩石的岩爆倾向根据岩石存储弹性应变能的能力。这种方法所示的表达 在哪里弹性应变能和保留吗应变能量损失。
这种方法所示的判断依据
根据保留弹性应变能和损失应变能在实验中,测量弹性应变能指标计算。计算结果如表所示4。
3.3.3。强度脆性系数法
岩石的岩爆倾向是由单轴抗压强度的比值与抗拉强度 。表达式所示
根据一般规律,岩石就越大 ,脆性越强,岩爆的可能性就越大。显示了该方法的标准
根据单轴抗压强度和抗拉强度在实验中,测量强度脆性系数计算。计算结果如表所示5。
3.3.4。脆性变形系数法
根据岩石的应力-应变曲线在峰值负载的总变形(U)和永久变形(UL)岩石的峰值负载之前获得的装卸判断和评价岩石的岩爆倾向。该方法表达式所示
一般来说,越大 ,大的脆性岩石和岩石破裂的倾向就越大。歧视指数所示
这种判断方法需要确定的总变形和永久变形前矿石和岩石的峰值,计算它的脆性系数表达式,最后判断矿石和岩石的岩爆倾向根据标准。选择负载大约90%的峰值强度的岩石和开始卸载压力。后评价岩爆倾向相关的矿石和岩石实验如表所示6。
从计算结果可以看出,所有的岩石核心样本的深度有中等岩爆倾向。尽管所有的计算结果及其趋势评价并不完全一致,这是由于不同的影响权重的各种指标和实验数据的离散性。然而,围岩和矿体在中间部分的-550金属矿山仍有不同程度的岩爆倾向。
3.4。研究岩爆预警模型基于微地震监测技术
介绍微震监测系统的目的是监测开采引起的地面压力的变化活动实时掌握各种参数的变化规律和索引之前地压灾害的发生,最后提出了灾害预警模型适用于不同情况下的每个煤矿根据理论和实际监测情况和现场挖掘的现状。
3.4.1。微地震事件的大小和频率之间的关系
通过多个岩爆的汇总数据,微震事件遵循相同的规则挖掘自然引起的地震。通过分析两种类型的地震的活动特征,发现他们都遵循古腾堡里描述的频率大小的关系。这种关系适用于任何大小的范围内。即通过研究微震的震级在指定时间间隔内频率分布[a, b],一群大小随机变量 可以获得。为目标监控区域,事件的发生频率和幅度服从指数之间的关系,如图所示
在上面的公式中,微震事件的数量与大小的来 在一定时期内的目标区域,即。,频率差。它也可以表示微震事件的累积频率。
(累积频率)的事件总数大于m级在一段时间内所示
同样,所示 在哪里 ,的两个未知数和在确定目标监测区域常数。描述了地面压力的整体水平目标区域的活动,这是与事件样本总数高于地震震级 ,表明微震的活动程度,叫做微地震活动参数。是一个参数描述大小分布,一般接近于1,表示的相对数量小震级事件和大震级事件目标监测区域在一个特定的时期。在一起 ,它叫做微地震活动参数,这表明地压活动的程度不同的感官。图3显示了微地震事件的频率大小关系在目标监测区域在一段时间内。
值代表比例大小大小事件的数量之间的关系。它代表岩体介质失败的流程状态发展的目标监控区域,但前提是,所有的微地震事件高于下限级(m)可以监测一段时间内计算的价值在该地区。
在短时间内,微震事件的最大振幅之间的关系单位振幅和裂缝体积满足下列公式,如图所示 在哪里对应的裂缝体积微震的事件,也就是说,失败的损失。
只生成一个事件,其直径 ,和它的振幅所示
事件的数量n所示
根据能力维度的定义,尺寸公式(14)得到:
很明显从公式的能力维度参数是一样的微震的活动 ,和价值是价值的两倍 。
许多观察和研究表明,岩体的能力维度之前减少失败。在静默期和能力维度的增加,岩爆的概率很低,和小是,更大的微地震事件的大小。
的增加表明,岩体裂缝的粗糙度增加。在此期间,岩体在裂纹压实和传播阶段。小震级事件事件总量的比例大于大型规模的事件,也就是说,增加的并不一定导致岩石破裂损伤。同意发生的概率是0 ~ 25%。
的减少表明,岩体裂缝的粗糙度降低,岩体的破坏速度加快。大震级事件的数量的事件总量大于小震级事件。换句话说,减少将导致岩爆灾害的概率更大。协议的发生概率是50%。
处于静默期,岩体的裂纹发展相对稳定,通常,它不会受到损害。协议的发生概率是25%。
岩体受损时,值先增加然后减少或相对平静。下行面积越小,岩爆灾害的破坏能力就越大。
3.4.2。伴随能源指数和累积视体积之间的关系
裂纹扩展的过程和演化的基础岩体的岩爆或其他大规模的破坏。岩体的内部缺陷或薄弱区域逐渐激活和强化连续开采的影响。这个过程将触发微震的事件有不同的大小和能量。当达到一定容量阈值时,附近微震的传感器安装将被触发。因此,微震的系统可以记录裂缝延伸过程中以波的形式和量化的断裂演化过程中包含的信息记录应力波。
平均能量可以从测量之间的关系获得平均容量和微震的潜力在选定的区域,如所示
明显的体积是体积源体积表示焦点区域中产生的非弹性变形岩体微震的事件发生时,见
的公式,岩石剪切模量,即刚度。明显的体积作为一个标量可以很容易地用累积量来表示。
区域微震的能源指数越大,越焦驱动压力时的事件。累积视体积的增加,能源股指数表明应变硬化过程。明显的体积减少的能量指数和加速度的发展代表了应变软化过程,这表明岩体进入不稳定的状态。
金属矿山活动流变特性。定量地震学有四个独立的参数来描述这种流变特性,即地震视应力,地震刚度、地震应变率和地震扩散系数,而施密特数是地震地震辐射扩散系数的比值。
4所示。结果的讨论
4.1。应用基于深度学习的早期预警系统数据分析在第一面对公里金属矿山开采
以下4.4.1。项目概述
3305年开挖面在我的,动态的现象,比如一些螺栓拉发生了很多次,也给安全生产带来影响和潜在的威胁。为了确保工作面安全开采,岩爆的实时监测和预警系统安装在挖掘。十组测量分上下凹槽排列的工作面,间距为25米。两个钻孔应力米被安排在每组测量点,和埋藏深度8和14米,分别。根据上述预警值设置方法,通过对地面压力的分析观察和钻屑法监测数据在初始阶段的挖掘,初步设定预警值如表所示7。
4.1.2。早期预警流程分析
第一天,累计的工作面是35米,和第二组的计量点的深度8米在跑道上从切割孔(50米,从工作面15米)发送一个黄色的警告。这时,累积的工作面是35米。第三天,累计的工作面是39米,测点是11米远离工作面应力达到峰值时,系统发送一个红色警告,如图4。立即,监控人员通知地下施工人员钻额外的大口径卸压孔两边的测点压力释放。连续开采的工作面,矿物在工作面前塑料受损,压力逐渐降低。10天之后,累积的镜头45.5工作面,测量的是4.5米的距离工作面,和测点的压力减少绿色显示值。压力变化如图5。
通过其他地面压力监测数据的综合分析,其原因早期预警是初始工作面临的压力。根据测量结果,当工作面推进到35 ~ 45米,它是初始压力阶段。
4.1.3。分析故障风险预警过程的区域
当累积的镜头工作面120,第四组的压力测量分的14米(此时,测点距工作面170)开始上升。当累积的画面工作面190(此时,测点距工作面100),测点的应力值达到黄色预警值。然后,促销的工作面,测点的压力继续上升,和最大应力达到22 MPa。压力变化过程如图6。
当累积的画面工作面350(测点切割孔和40 390工作面),岩石爆破时,和压力测点的监测系统突然减少。预警测点只是前面的错。通过分析,可以看出,早期预警是由断层构造应力引起的。因为压力预警测点附近的其他测量点较低,这表明构造应力的影响范围和矿业应力产生的断层很小,而且没有大影响的可能性。根据测量数据的预警,当工作面推进到170年前的错,进入故障影响区域。当工作面推进100前的断层,它进入高应力区域形成的断层构造应力的叠加和矿山压力。当工作面推进前40米的错,压力达到最大,很容易诱发岩爆本节。
4.2。应用深部开采面临的早期预警系统
4.2.1。准备项目概述
2103工作面开采深度的省级煤矿900 ~ 1100米。挖掘以来,已经有10矿山地震。一天,上午4时28矿井地震发生在这个区域。屋顶和地板的最大距离是3.3米,6人受伤,包括1例死亡。微地震监测表明,它是 J矿井巷道的地震摧毁了近260。总共40点排列在工作面系统,测量和10组测量分上下凹槽排列,间距为25米。钻孔的嵌入深度测点压力米每组是12.17米。
4.2.2。减压工作的检查和早期预警监测和早期预警系统
为了确保安全的工作面,pre减压治疗恢复开采之前进行。具体参数压力释放的大直径深孔采矿墙钻孔直径110毫米,钻孔深度25米,钻孔间距3米。压力测量的早期预警系统排列在卸压区监控压力的变化趋势复苏卸压区。工作面生产的恢复后,岩石破裂在线使用。
监测和预警系统开始监控压力。开采的工作面,压力逐渐增加。当达到红色预警值时,二级减压立即进行警告测点附近的压力降低到安全范围,如图7。
工作面生产的恢复后,岩爆的实时监测和预警系统,安装,和早期预警情况及时处理。尽管有许多金属矿山地震,由于减压效果,充分保护皮带两边的道路,形成“地震没有灾难”的控制目标是实现安全开采的工作面是保证。
5。结论
与科学技术的不断进步和经济发展的深入,对有色金属的需求只会增加。因此,有必要进一步提高矿产资源的利用率和克服矿业的浪费现象大规模采矿引起的矿业技术有限。摘要地面压力监测和预警的基础上深入学习数据分析进行深金属矿山的矿石和岩石,和早期预警区划方法结合大分区和小分区算法。分区分类监控是实现监视和整体的组合在大分区预警和当地预警在小分区预警,实现岩石破裂监测参数选择的针对性和适用性平台系统的改进。升级和发展基于最初的平台系统,实现智能联动装置和自动报告功能,如我和防冲刷研究中心和地下,静态和动态数据,早期预警结果,和现场处置措施,提高岩爆监测的及时性,早期预警和管理,解决一些防冲刷兖矿集团存在的问题,降低劳动成本。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
这项工作得到了中国国家重点研发项目14五年计划时期(批准号2021 yfc2900400)。