[发明专利]一种现场监测与数值模拟相结合的矿山灾害预测预警方法

说明书

本发明是一种现场监测与数值模拟相结合的矿山灾害预测预警方法，包括如下步骤：进行岩体测试及其赋存环境的表征，并建立矿区三维数值模型；根据岩体测试结果对三维数值模型进行参数赋值，进行初步数值模拟计算，根据初步数值模拟计算结果确定现场监测手段和监测方案；基于实时监测数据和实时数值模拟结果进行灾害的实时预警；基于对监测数据的数据挖掘和超前数值模拟结果进行灾害的超前预测。本发明结合数值模拟方法与现场监测方法，既能实时反映现场情况，又可从机理上认识灾害发生过程。既能实现时间上的超前预测，又可达到空间上的总体把握。提高预警预测的时间、空间准确性，实现预警工作的实时性、超前性，达到预警方法的普适性。

技术领域

本发明属于矿山灾害预测预警领域，涉及一种现场监测与数值模拟相结合的矿山灾害预测预警方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，矿物资源的需求量与日俱增，矿业开发规模逐渐扩大。随之带来的是，矿山生产的安全问题日益突出，岩爆、透水、冒顶、塌陷等灾害日趋凸显，导致矿难频频发生。目前国内外尚缺乏行之有效、稳定可靠的矿山灾害预测预警方法。

现场监测也一直都是管理矿山生产和预防矿山灾害的传统方法之一。这种方法优点在于：利用传感器能实时了解矿山的真实状态，持续不间断的监控，对异常现象做出及时有效的处理。而且，随着科学技术的不断发展，越来越多的监测传感器应运而生，各方面均满足矿山现场监测需求。近年来，基于监测数据的预警方法一般是采用数据挖掘算法分析监测数据与矿山灾害之间的隐含关系，建立矿山灾害预警算法模型，用于预警诊断矿山灾害。

但这种方法存在三个方面严重的缺陷：其一，这种预警方法是对大量数据中隐含规律的挖掘，不能得出明确的作用机制和理论解释，对人们从根本上认识灾害具有很大的困难；其二，由于这种方法的基本条件是数据，由于岩体结构和开采扰动的复杂性，围岩损伤及变形的监测数据的准确性大打折扣，很难保证基本的预测准确性；其三，由于监测数据来源于各个散落布置的监测点传感器，这些数据仅能反映该监测点极小范围内的力学响应状态，并不能获得其他非监测点的响应状态。由于监测点布置不合理等原因，有可能导致非监测点的响应比监测点的响应更强烈，会导致非监测点先于监测点破坏，而监测预警任务失败。

为了更好的进行矿山灾害的预测预警，需要在进行采动致灾过程分析基础上，认清各种矿山灾害发生的机理与前兆规律。实际上，借助于数值模拟方法，人们可以进行岩体损伤致灾过程的分析，在此基础上也可以实现岩体损伤区发展的分析预测，为灾害的预警提供了重要的理论与技术支撑。数值计算方法还能更直观地展示出整个研究区域内的力学响应状态，为解读监测数据提供了理论依据。基于此，数值模拟方法也可被用于灾害的预测。这种预测方法虽然可从理论上分析灾害的发生机理，一定程度上指导安全生产。但是，数值模拟方法也存在以下两方面的缺陷：其一，由于岩体的复杂性，无法完全真实的表征工程现场情况，数值模拟往往对岩体的现场情况进行简化，模拟的结果往往与现场真实情况有较大的误差，其预测预警的准确性也会大打折扣；其二，当前对于岩石尤其是岩体损伤与破裂的时间效应机理尚不是完全清楚，现有的数值模拟模型和数值模拟方法难以做到实时预警，更难以达到超前预警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数值模拟和现场监测相结合的矿山灾害预警方法，旨在提高矿山灾害预警方法的准确性、实时性、普适性。

本发明提供一种现场监测与数值模拟相结合的矿山灾害预测预警方法，包括如下步骤：

步骤1：进行岩体测试及其赋存环境的表征，并建立矿区三维数值模型；

步骤2：根据岩体测试结果对三维数值模型进行参数赋值，进行初步数值模拟计算，根据初步数值模拟计算结果确定现场监测手段和监测方案；

步骤3：基于实时监测数据和实时数值模拟进行灾害的实时预警；

步骤4：基于对监测数据的数据挖掘和超前数值模拟进行灾害的超前预测。