本發(fā)明涉及礦采安全，尤其涉及一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在礦山開(kāi)采過(guò)程中，隨著開(kāi)采深度和強(qiáng)度的增加，巖體的穩(wěn)定性變得尤為重要。深部巖體通常處于高地應(yīng)力和高承壓水作用的復(fù)雜環(huán)境中，在開(kāi)采活動(dòng)的擾動(dòng)下，巖體內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化，容易引發(fā)裂隙擴(kuò)展、滲透性增加以及應(yīng)力集中等問(wèn)題，甚至可能導(dǎo)致巖體失穩(wěn)、突水或塌陷等事故。因此，對(duì)巖體穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確分析已成為礦山安全生產(chǎn)中的重要技術(shù)需求。

2、當(dāng)前的巖體監(jiān)測(cè)技術(shù)通常依賴(lài)于傳統(tǒng)的應(yīng)力測(cè)量方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)等設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。這些技術(shù)在淺層巖體的初步監(jiān)測(cè)中具有一定作用，但在深部開(kāi)采環(huán)境下，存在以下問(wèn)題：

3、傳統(tǒng)巖體監(jiān)測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)更新頻率低，難以對(duì)巖體在動(dòng)態(tài)開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的應(yīng)力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉。另外在復(fù)雜的開(kāi)采條件下，巖體的應(yīng)力和位移隨時(shí)可能發(fā)生變化，傳統(tǒng)設(shè)備無(wú)法提供高頻、連續(xù)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)反映巖體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

4、傳統(tǒng)巖體監(jiān)測(cè)技術(shù)通?；陟o態(tài)分析，難以在巖體受力狀態(tài)不斷變化的動(dòng)態(tài)條件下有效開(kāi)展穩(wěn)定性評(píng)估。礦山開(kāi)采引起的巖體結(jié)構(gòu)變化具有顯著的時(shí)變性，缺乏動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變分析和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，并且難以量化巖體在不同階段的穩(wěn)定性變化趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)以上不足，本發(fā)明提供了一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置及方法，旨在改善現(xiàn)有礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差難以量化巖體在不同階段的穩(wěn)定性變化趨勢(shì)的問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案，一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，包括：

3、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于布設(shè)設(shè)備監(jiān)測(cè)巖體的應(yīng)力與位移狀態(tài)；

4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并處理傳感器數(shù)據(jù)；

5、應(yīng)力應(yīng)變分析模塊，用于計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變生成應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，并分析彈性模量及屈服強(qiáng)度；

6、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于計(jì)算應(yīng)力集中度和失穩(wěn)概率，并將監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分；

7、閾值預(yù)警模塊，設(shè)定監(jiān)測(cè)指標(biāo)的安全閾值，并在超出閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。

8、較佳的，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊布設(shè)的設(shè)備包括應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器和位移傳感器，均安裝于關(guān)鍵區(qū)域。

9、較佳的，所述位移傳感器所安裝的關(guān)鍵區(qū)域包括但不限于在采掘面、巷道交接點(diǎn)、斷層裂縫區(qū)域、支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體接觸面和巖層變化帶。

10、較佳的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

11、數(shù)據(jù)接收單元，用于接收來(lái)自各傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

12、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)接收單元數(shù)據(jù)。

13、較佳的，所述應(yīng)力應(yīng)變分析模塊包括應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線生成單元、彈性模量與屈服強(qiáng)度分析單元；

14、所述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線生成單元用于采集原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用有限元分析對(duì)巖石進(jìn)行計(jì)算，生成應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線；

15、所述彈性模量與屈服強(qiáng)度分析單元通過(guò)最小二乘法對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到巖石的彈性模量和屈服強(qiáng)度。

16、較佳的，所述彈性模量與屈服強(qiáng)度分析單元所使用的最小二乘法目標(biāo)函數(shù)為：

17、

18、其中，是采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)，是采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)，是擬合模型，表示待求的彈性模量和屈服強(qiáng)度。

19、較佳的，所述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊包括評(píng)估結(jié)構(gòu)構(gòu)建單元、條件概率表生成單元、計(jì)算單元、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分單元；

20、所述評(píng)估結(jié)構(gòu)構(gòu)建單元用于構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的評(píng)估節(jié)點(diǎn)，定義應(yīng)力集中度、失穩(wěn)概率與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之間的關(guān)系；

21、所述條件概率表生成單元用于量化各節(jié)點(diǎn)條件概率；

22、所述計(jì)算單元基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和條件概率表生成單元，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)；

23、所述風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分單元根據(jù)計(jì)算結(jié)果將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，輸出信號(hào)給所述閾值預(yù)警模塊。

24、第二方面，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案，一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法，用于一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，所述方法包括：

25、s1、布設(shè)應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器和位移傳感器至巖體關(guān)鍵區(qū)域，采集應(yīng)力和位移數(shù)據(jù)，定時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊；

26、s2、接收實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄時(shí)間戳和傳感器位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換；

27、s3、計(jì)算巖體的應(yīng)力和應(yīng)變，生成應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，分析彈性模量和屈服強(qiáng)度以識(shí)別巖石變化；

28、s4、計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域的應(yīng)力集中度和失穩(wěn)概率，劃分低、中、高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并生成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)報(bào)告；

29、s5、根據(jù)所挖掘巖石特性設(shè)定應(yīng)力、應(yīng)變和位移的安全閾值，實(shí)時(shí)對(duì)于當(dāng)前值和閾值，當(dāng)超出閾值時(shí)觸發(fā)警報(bào)并通知。

30、第三方面，該發(fā)明提供以下技術(shù)方案，一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法。

31、第四方面，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案，一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法。

32、本發(fā)明具有如下有益效果：

33、1、本發(fā)明中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊可以迅速捕捉到巖體在動(dòng)態(tài)應(yīng)力狀態(tài)下的細(xì)微變化，例如在開(kāi)采活動(dòng)加劇、巖層受力狀態(tài)改變等情況下，通過(guò)對(duì)應(yīng)變、壓力和位移的持續(xù)監(jiān)測(cè)，裝置能夠及時(shí)獲取巖體的動(dòng)態(tài)行為數(shù)據(jù)，使裝置能夠在開(kāi)采過(guò)程中自動(dòng)適應(yīng)不斷變化的地質(zhì)條件。

34、2、本發(fā)明中，通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變分析模塊利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成隨時(shí)間變化的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，能夠清晰地展示巖體在不同受力條件下的瞬態(tài)響應(yīng)。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)彈性模量和屈服強(qiáng)度，系統(tǒng)可識(shí)別巖體的結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，為預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)條件下的穩(wěn)定性提供量化依據(jù)。

35、3、本發(fā)明中，通過(guò)多傳感器配置實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變、壓力、位移多維度數(shù)據(jù)的同步采集，能夠全面捕捉巖體在不同條件下的動(dòng)態(tài)變化情況，裝置通過(guò)對(duì)多種數(shù)據(jù)源的集成分析，確保在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和動(dòng)態(tài)開(kāi)采條件下提供精確的穩(wěn)定性分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊布設(shè)的設(shè)備包括應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器和位移傳感器，均安裝于關(guān)鍵區(qū)域。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述位移傳感器所安裝的關(guān)鍵區(qū)域包括但不限于在采掘面、巷道交接點(diǎn)、斷層裂縫區(qū)域、支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體接觸面和巖層變化帶。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述應(yīng)力應(yīng)變分析模塊包括應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線生成單元、彈性模量與屈服強(qiáng)度分析單元；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述彈性模量與屈服強(qiáng)度分析單元所使用的最小二乘法目標(biāo)函數(shù)為；其中，是采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)，是采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)，是擬合模型，表示待求的彈性模量和屈服強(qiáng)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，其特征在于，所述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊包括：

8.一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，用于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置，所述方法包括：

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求8所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法。

10.一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求8所述的一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及礦采安全技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種礦山開(kāi)采過(guò)程中巖石穩(wěn)定性分析裝置及方法，包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于布設(shè)設(shè)備監(jiān)測(cè)巖體的應(yīng)力與位移狀態(tài)；數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并處理傳感器數(shù)據(jù)；應(yīng)力應(yīng)變分析模塊，用于計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變生成應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，并分析彈性模量及屈服強(qiáng)度；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于計(jì)算應(yīng)力集中度和失穩(wěn)概率，并將監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分；閾值預(yù)警模塊，設(shè)定監(jiān)測(cè)指標(biāo)的安全閾值，并在超出閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。本發(fā)明中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊可以迅速捕捉到巖體在動(dòng)態(tài)應(yīng)力狀態(tài)下的細(xì)微變化，通過(guò)對(duì)應(yīng)變、壓力和位移的持續(xù)監(jiān)測(cè)，裝置能夠及時(shí)獲取巖體的動(dòng)態(tài)行為數(shù)據(jù)，使裝置能夠在開(kāi)采過(guò)程中自動(dòng)適應(yīng)不斷變化的地質(zhì)條件。

技術(shù)研發(fā)人員：賈尚偉,徐壯飛,王海洋,孫建輝,王小龍,曹杰,王小濤,陳亞杰,劉蘇,賀富領(lǐng),馮煜彪,趙星婷,楊奇,崔錦康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：洛陽(yáng)高飛橋隧機(jī)械股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19