[发明专利]基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法

说明书

一种基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法，属于采空区稳定性评价领域，其步骤包括：(1)结构面三维激光扫描快速获取；(2)结构面聚类分析；(3)基于BQ指标的岩体质量计算；(4)岩体三维裂隙网络模型生成和剖切；(5)RQD_t各向异性图绘制；(6)基于BQ反演的最佳阈值t求解方法；(7)RQD_t各向异性求解方法；(8)地应力测量方法；(9)Mathews稳定图法的改进方法；(10)改进Mathews稳定图评价方法；(11)围岩稳定性动态分析方法；(12)空区稳定性动态评价方法。本发明实现了基于改进Mathews稳定图法和数值模拟相结合的空区围岩稳定性动态评价。本发明方法明确，适用于采空区围岩稳定性的动态评价。

技术领域

本发明涉及一种基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法，特别的是本发明基于三维激光扫描、近邻传播算法、BQ指标、裂隙网络模型和广义RQD理论，反演计算出RQD_t最佳阈值t的范围和最佳阈值t值，给出了RQD_t各向异性的求解方法，并基于RQD_t的各向异性和地应力拟合方法，给出了Mathews稳定图法的改进方法和改进后的Mathews稳定图评价方法，再结合数值模拟方法，提供了一种基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法，属于采空区稳定性评价领域。

背景技术

金属矿山经过长时间地下开采，会形成大规模的采空区群，采空区群在地下相互贯通、重叠和集中，彼此间应力扰动，相互制约，形成了复杂的群体空间关系，岩体稳定状态处于动态稳定平衡中。采空区群由于岩体结构的特殊性和复杂性，以及在采空区群回采过程中的随机性、不确定性、连续性和规模性，由采空区群失稳坍塌造成的地质灾害非常严重、破坏力强悍，造成的人员财产损失巨大。

采空区群的破坏是一个动态的破坏过程。首先，由于空区群岩体结构的特殊性，采空区的破坏往往是成片成规模的，当一个采空区发生失稳破坏后，由于岩体结构的改变，相邻的空区会受到影响而产生链式破坏，进而造成空区群的规模性破坏。其次，由于空区群在回采时的连续性和规模性，往往是多个采空区同时回采，多处扰动同时存在，加剧了空区群岩体结构的动态破坏过程，也增加了岩体失稳破坏的风险。由于采空区群的这种复杂性、多变性、突发性和规模性的特征，人们对其破坏发生发展的过程仍缺乏足够的认知了解，许多关键的科学问题尚未得到有效的解决，也没有形成一个有效的空区稳定性动态评价方法。

数值模拟方法在研究围岩稳定性及应力演化规律方面具有显著优势，通过对任意尺寸形态的地质模型的模拟研究，可以实现围岩稳定性的动态分析。Mathews稳定图法是采空区围岩稳定性分析方法的一种，通过对采空区上下盘围岩的稳定性评价，可以得到采空区的稳定性评价结果。将Mathews稳定图法和数值模拟方法相结合，可以提出并得到一种采空区稳定性的动态评价方法。

Mathews稳定图法是在1980年由Mathews等人通过分析大量的工程实例，提出的基于Q系统的稳定图法。Mathews稳定图法在评价过程中主要考虑采场特征、地质条件、节理产状等条件，通过计算岩体稳定数N和水力半径R，并将这两个因子绘制在划分为预测稳定区、潜在不稳定区和崩落区的图上。

在Mathews稳定图法的改进方面，1995年Stewart和Forsyth通过收集不同采矿深度的数据，验证和修正了稳定图法，将其划分为四个分区。1998年Potvin基于数据实例对稳定图法做了改进，在图中增加了节理方位修正系数和重力调整系数。2000年Pakalnis等在RMR的基础上总结出了临界跨度图表法。Trueman等采用对数回归的方法，对稳定区和严重破坏区进行了重新定义。2004年Mawdeskey通过对405个实例进行逻辑回归分析，给出了稳定区、破坏与严重破坏区的等概率图。

但是岩体中存在着大量的结构面和裂隙，显著地影响岩体的力学特性、破碎程度和稳定性，是影响矿房稳定性的重要因素之一。岩体中的结构面和裂隙，是造成岩体质量各向异性的重要因素，而岩体质量的各向异性特征，在Mathews稳定图法中，尚未被考虑。