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黄金科学技术 ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (3): 523-538.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2024.03.039

• 采选技术与矿山管理 • 上一篇    下一篇

数据趋势融合分析方法在岩石破裂判识与预警中的应用

李昌1(),张见2,陈资南2,阚忠辉2,赵锐2,王晓军3,4()   

  1. 1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000
    2.安徽铜冠庐江矿业有限公司，安徽 合肥 30000
    3.江西理工大学应急管理与安全工程学院，江西 赣州 341000
    4.江西理工大学江西省矿业工程重点实验室，江西 赣州 341000
  • 收稿日期:2024-02-01 修回日期:2024-03-01 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-05
  • 通讯作者: 王晓军 E-mail:li15132186897@163.com;xiaojun7903@126.com
  • 作者简介:李昌（1999-），女，河北石家庄人，硕士研究生，从事矿山开采灾害控制与预警方面的研究工作。li15132186897@163.com
  • 基金资助:
    江西省“双千计划”科技创新高端人才项目“离子交换与物理渗流耦合过程稀土矿体微细颗粒沉积—释放行为研究”(jxsq2019201043);江西省研究生创新专项资金项目“地压活动监测多源信息耦合分析方法及软件预警平台开发”(YC2022-S635)

Application of Data Trend Fusion Analysis Method in Rock Failure Identification and Early Warning

Chang LI1(),Jian ZHANG2,Zinan CHEN2,Zhonghui KAN2,Rui ZHAO2,Xiaojun WANG3,4()   

  1. 1.School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
    2.Anhui Tongguan Lujiang Mining Co. , Ltd. , Hefei 230000, Anhui, China
    3.School of Emergency Management and Safety Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
    4.Jiangxi Key Laboratory of Mining Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
  • Received:2024-02-01 Revised:2024-03-01 Online:2024-06-30 Published:2024-07-05
  • Contact: Xiaojun WANG E-mail:li15132186897@163.com;xiaojun7903@126.com

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54

摘要：

准确判识岩石破裂对保障矿山安全生产具有重要意义。为此，提出了一种双元数据趋势融合分析方法，以单一趋势指标Ti、融合趋势指标C_Ti和趋势变化率R组合判别岩石破裂阶段。针对应力、位移和声发射3种岩石破坏的伴生信息，构建了象限坐标双元数据趋势融合预警模式，实现了岩石破裂等级的准确判识与预警，并分别采用室内试验数据和现场监测数据进行了验证。研究表明：双元数据趋势融合分析方法可以准确判识室内试验不同岩性岩石的破裂阶段；将该方法应用于现场监测数据分析，其预警结果在象限坐标中的分布具有明显特征，预警危险信号位于第四象限；现场验证该方法的预警结果与实际地压活动情况高度吻合。

关键词: 岩石破裂, 双元数据, 趋势指标, 融合分析, 预警判识, 破裂阶段

Abstract:

Accurate identification of rock failure is of great significance to ensure the safety of mine production.For this reason，the trend fusion analysis method of binary was proposed for rock failure identification and early warning.In this method，the single trend index parameter Ti of different data elements was formed into quadrant coordinate points，and the fusion trend index C_Ti value of coordinate points was calculated.The combination of multiple indicators such as the numerical magnitude of the trend indicator，the continuity and the trend rate of change R were analyzed to discriminate the rock rupture stage.For the three kinds of accompanying information of rock damage，such as stress，displacement and acoustic emission，the trend fusion early warning mode of quadrant coordinate binary data was constructed，including displacement-stress data trend fusion，acoustic emission-stress data trend fusion and displacement-acoustic emission data trend fusion warning model respectively.By using the trend fusion early warning method to establish the standard of warning level，and classify the danger level into four signal categories，namely，danger，more danger，safer and safety， the accurate identification and grading warning of the rock can be realized.The binary date trend fusion analysis method was also validated using laboratory test data and field monitoring data，respectively.The research shows that the binary date trend fusion analysis method can accurately identify the fracture stage of different lithology rocks in laboratory tests.When the method is applied to the analysis of field monitoring data，the distribution of the warning results in the quadrant coordinates has obvious characteristics，and the warning danger signals are located in the fourth quadrant.The field verification shows that the early warning results of the method are highly consistent with the actual geopressure activities，realizing the multi-level hazard warning without threshold by the trend fusion of binary data.

Key words: rock failure, binary data, trend indicator, fusion analysis, early warning identification, rupture stage

中图分类号: 

  • TD315

图1

双元数据趋势融合预警流程图"

图2

位移—应力数据趋势融合预警散点图"

表1

位移—应力数据趋势融合预警结果"

编号位移趋势D_Ti应力趋势S_Ti融合趋势C_Ti趋势变化率R时间Day（Ti）岩石破裂耦合阶段预警等级
10≤0---无破裂安全
20>0-Rs<0-无破裂安全
30>0-Rs>0-微破裂较安全
4>0≥0--Day（Ti）<3微破裂较安全
5>0>0C_Ti>0Rd>0和Rs>0Day（Ti）>3稳定破裂较危险
6>0<0--Day（Ti）<3微破裂较安全
7>0<0C_Ti>0-Day（Ti）>3稳定破裂较危险
8>0<0C_Ti>0Rd>0和Rs>0Day（Ti）>3加速破裂危险

图3

声发射—应力数据趋势融合预警散点图"

表2

声发射—应力数据趋势耦合预警结果"

编号声发射趋势Ae_Ti应力趋势S_Ti融合趋势C_Ti趋势变化率R时间Day（Ti）岩石破裂耦合阶段预警等级
1≤0≤0---无破裂安全
20>0-Rs≤0-无破裂安全
30>0-Rs>0-微破裂较安全
4>00-Rae≤0-微破裂较安全
5>00-Rae>0-稳定破裂较危险
6>0>0--Day（Ti）<3微破裂较安全
7>0>0C_Ti>0Rd>0&&Rs>0Day（Ti）≥3稳定破裂较危险
8>0<0--Day（Ti）<3稳定破裂较危险
9>0<0C_Ti>0Rd>0&&Rs>0Day（Ti）≥3加速破裂危险

图4

位移—声发射数据趋势融合预警散点图"

表3

位移—声发射数据趋势融合预警结果"

编号位移趋势D_Ti声发射趋势Ae_Ti融合趋势C_Ti趋势变化率R时间Day（Ti）岩石破裂耦合阶段预警等级
10≤0---无破裂安全
20>0-Rs<0-无破裂安全
30>0-Rs>0-微破裂较安全
4>0>0--Day（Ti）<3微破裂较安全
5>0>0C_Ti>0-Day（Ti）>3稳定破裂较危险
6>0>0C_Ti>0Rd>0&&Rs>0Day（Ti）>3加速破裂危险

图5

不同岩性岩石应力—时间曲线"

图6

灰岩声发射—应力数据趋势融合破裂判识散点图"

图7

灰岩应力—能量—时间数据破裂判识图"

图8

花岗岩声发射—应力数据趋势融合破裂判识散点图"

图9

花岗岩应力—能量—时间数据破裂判识图"

图10

红砂岩声发射—应力数据趋势融合破裂判识散点图"

图11

红砂岩应力—能量—时间数据破裂判识图"

图12

-705 m中段T109采场监测设备布置情况"

图13

-705 m中段T109采场应力—位移监测数据"

图14

-705 m中段T109采场应力—位移数据趋势融合预警散点图"

图15

采场巷道垮塌现场图"

图16

-705 m中段T101采场应力—位移监测数据"

图17

-705 m中段T101采场应力—位移数据趋势融合预警散点图"

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