基于非线性动力学的采空区稳定性集成监测分析与预报系统研究及应用

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摘要对于复合材料支护的工程几何体和工程状况不同，岩层运动趋势和位移趋势很复杂，传统研究方法不能完全适合其研究，因而严重影响了分析和预测结果的准确性、实时性和有效性。纵观国内外发展和研究现状，以动力学造成的灾害为核心的现场监测应用基础研究取得了一定的进展，但其方法只局限于传统的应力、位移、能量的监测和分析，而且对于准确判断围岩失稳位置与关键控制位置评价的有效监测监控问题，至今仍然没有找到有效的方法、手段和技术。另外，对于监测信号的有效处理和识别也只限于传统的统计方法和回归分析等先验性分析手段，降低了可靠性和实用性，造成决策失误和生命财产安全的损失，阻碍了经济发展。因此，对矿山的动力稳定性问题进行有效监测和预报理论、控制技术和决策关键技术的研究，并及时采取正确的措施对灾害进行处理，是一项十分重要，且有前瞻性的研究课题。 (1) 本文基于岩石力学原理、非线性动力学理论、SEM实验分析、人工智能、现场监控预测等多种技术与方法，系统地分析了坚硬岩石复合材料支护的采空区围岩断裂失稳及破坏机理，推断围岩断裂失稳与“位移-应力-声发射-时间-空间”之间的演化关系，并将其应用于实际工程，完成了基于非线性动力学的采空区围岩断裂失稳过程监控集成系统，完善了“岩石智能系统思考”理论与技术体系。 (2) 本研究利用扫描电镜、声发射监测、数值计算和非平衡统计理论系统分析了地下采空区岩体结构失稳的非线性动力学特征和岩层运动的非线性动力学机制。 (3) 通过三维有限差分FLAC3D数值计算，将支护材料视为岩石基复合材料，并考虑到暴雨入渗和结构耦合破坏效应问题，揭示了复合材料支护的采空区动态破坏过程及力学状态。 (4) 利用声发射智能技术对坚硬岩石复合材料支护的采空区材料与结构失稳过程进行全过程监测，并将其过程分为四个阶段，推演采空区结构失稳过程中微破裂时空关系与声发射之间的内在联系，发现利用岩石基复合材料支护的坚硬岩石结构体，提高其韧性，减弱其动力破坏因素；同时利用固体断裂非平衡统计理论进行统计推断与预报，弥补传统的基于现场应用研究的不足。 (5) 利用非线性神经网络动力学理论与方法和统计理论，对采空区围岩动力失稳的监测信息(包括图象、空间参数与变异性及能量等参数)进行了数据挖掘，为准确预报提供判断依据。 (6) 本研究技术体系应用于山东玲珑金矿255 m主运巷采空区失稳的监测、控制与决策过程中，取得了很大成功，为正确判断围岩失稳位置、有效地预测和控制灾害提供了可靠的决策依据，对采空区围岩动力失稳监测与控制的研究和应用有很大的意义。

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关键词 ：非线性动力学, 复合岩体支护的采空区, 智能系统思考, 过程监测, 预测与控制

引用本文:

来兴平. 基于非线性动力学的采空区稳定性集成监测分析与预报系统研究及应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(11): 1749-1749.
Lai Xingping1，2. STUDY ON THE INTEGRAL MONITORING AND PREDICTING SYSTEM OF STABILITY BASED ON THE NONLINEAR DYNAMICS IN MINED-OUT AREAS AND ITS APPLICATION. , 2002, 21(11): 1749-1749.

链接本文:

https://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/Y2002/V21/I11/1749