[發明專利]基于激光掃描、BQ、數值模擬的空區穩定性動態評價方法

在審

• 申請號: 202011011892.7
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112200431A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 胡高建
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G01B11/25;G01N3/08;G06F7/58;G06F30/13;G06F30/20;G06K9/62;G06T11/20;G06T17/00;G06F119/14;G06F111/10
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一種基于激光掃描、BQ、數值模擬的空區穩定性動態評價方法，屬于采空區穩定性評價領域，其步驟包括：(1)結構面三維激光掃描快速獲取；(2)結構面聚類分析；(3)基于BQ指標的巖體質量計算；(4)巖體三維裂隙網絡模型生成和剖切；(5)RQD_t各向異性圖繪制；(6)基于BQ反演的最佳閾值t求解方法；(7)RQD_t各向異性求解方法；(8)Mathews穩定圖法的改進方法；(9)改進Mathews穩定圖評價方法；(10)圍巖穩定性動態分析方法；(11)空區穩定性動態評價方法。本發明實現了RQD_t的最佳閾值t、RQD_t各向異性的求解和Mathews穩定圖法的改進，實現了改進Mathews穩定圖法和數值模擬相結合的空區圍巖穩定性動態評價。本發明方法明確，適用于采空區圍巖穩定性動態評價。

技術領域

本發明涉及一種基于激光掃描、BQ、數值模擬的空區穩定性動態評價方法，特別的是本發明基于三維激光掃描、近鄰傳播算法、BQ指標、裂隙網絡模型和廣義RQD理論，反演計算出RQD_t最佳閾值t的范圍和最佳閾值t值，給出了RQD_t各向異性的求解方法，并基于RQD_t的各向異性，給出了Mathews穩定圖法的改進方法和改進后的Mathews穩定圖評價方法，再結合數值模擬方法，提供了一種基于激光掃描、BQ、數值模擬的空區穩定性動態評價方法，屬于采空區穩定性評價領域。

背景技術

金屬礦山經過長時間地下開采，會形成大規模的采空區群，采空區群在地下相互貫通、重疊和集中，彼此間應力擾動，相互制約，形成了復雜的群體空間關系，巖體穩定狀態處于動態穩定平衡中。采空區群由于巖體結構的特殊性和復雜性，以及在采空區群回采過程中的隨機性、不確定性、連續性和規模性，由采空區群失穩坍塌造成的地質災害非常嚴重、破壞力強悍，造成的人員財產損失巨大。

采空區群的破壞是一個動態的破壞過程。首先，由于空區群巖體結構的特殊性，采空區的破壞往往是成片成規模的，當一個采空區發生失穩破壞后，由于巖體結構的改變，相鄰的空區會受到影響而產生鏈式破壞，進而造成空區群的規模性破壞。其次，由于空區群在回采時的連續性和規模性，往往是多個采空區同時回采，多處擾動同時存在，加劇了空區群巖體結構的動態破壞過程，也增加了巖體失穩破壞的風險。由于采空區群的這種復雜性、多變性、突發性和規模性的特征，人們對其破壞發生發展的過程仍缺乏足夠的認知了解，許多關鍵的科學問題尚未得到有效的解決，也沒有形成一個有效的空區穩定性動態評價方法。

數值模擬方法在研究圍巖穩定性及應力演化規律方面具有顯著優勢，通過對任意尺寸形態的地質模型的模擬研究，可以實現圍巖穩定性的動態分析。Mathews穩定圖法是采空區圍巖穩定性分析方法的一種，通過對采空區上下盤圍巖的穩定性評價，可以得到采空區的穩定性評價結果。將Mathews穩定圖法和數值模擬方法相結合，可以提出并得到一種采空區穩定性的動態評價方法。

Mathews穩定圖法是在1980年由Mathews等人通過分析大量的工程實例，提出的基于Q系統的穩定圖法。Mathews穩定圖法在評價過程中主要考慮采場特征、地質條件、節理產狀等條件，通過計算巖體穩定數N和水力半徑R，并將這兩個因子繪制在劃分為預測穩定區、潛在不穩定區和崩落區的圖上。

在Mathews穩定圖法的改進方面，1995年Stewart和Forsyth通過收集不同采礦深度的數據，驗證和修正了穩定圖法，將其劃分為四個分區。1998年Potvin基于數據實例對穩定圖法做了改進，在圖中增加了節理方位修正系數和重力調整系數。2000年Pakalnis等在RMR的基礎上總結出了臨界跨度圖表法。Trueman等采用對數回歸的方法，對穩定區和嚴重破壞區進行了重新定義。2004年Mawdeskey通過對405個實例進行邏輯回歸分析，給出了穩定區、破壞與嚴重破壞區的等概率圖。