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金属矿床开采岩层移动角预测知识库模型及工程应用-矿业论文完整版下载
中国科技论文在线
金属矿床开采岩层移动角预测知识库模型及工程应用
刘志祥,赵国彦,王卫华,李启月
中南大学资源与安全工程学院 长沙(4100831 )
Email: liulzx@
摘 要:在分析国内外大量充填矿山岩层移动研究成果的基础上,用神经网络建立了金属矿
床充填开采岩层移动角与矿体上下盘围岩性质、开采深度、矿体走向长度、开采厚度、矿体
倾角、上下盘围岩构造特征及地下水九个影响因素的知识库模型。采用梯度下降法与混沌优
化方法相结合,使神经网络知识库模型实现大量样本快速训练的同时,避免陷入局部极小,
同时提高了模型计算精度。利用神经网络知识库存模型的容错和非线性映射功能,对岩层移
动角各影响因素的敏感性进行了分析,研究显示,矿体上下盘围岩普氏系数是影响岩层移动
角的决定因素,地下水和上下盘围岩地质构造特征是岩层移动角的主要影响因素。将知识库
模型应用于三山岛金矿新立矿区海下开采岩层移动角预测,研究了新立矿区海岸竖井受采动
影响的安全范围及措施。
关键词:岩层移动角;神经网络;知识库模型
1 引言
金属矿山开采通常按移动角来圈定岩层和地表移动范围,因此能够对开采过程中出现的
移动角有一个正确的预测,对金属矿安全生产有着重要意义[1,2] 。与煤矿开采相比,金属矿
床中矿体形状通常是不规则的,因而开采区域的形状和尺寸也千差万别[3,4],而且金属矿山
地质构造较煤矿更为复杂,致使一些用于煤层开采地表移动规律的预测理论难以直接用于地
下金属矿床,目前金属矿山开采岩层移动理论研究处于起步阶段[5,6] 。本文在研究金属矿山
岩层移动角影响因素的基础上,总结分析国内外大量充填法开采矿山的岩层移动角研究成
果,建立了充填法开采岩层移动角预测的神经网络知识库模型,并将其应用于三山岛金矿新
立矿区海下开采岩层移动角预测,确定了新立矿区海底开采竖井受采动影响的保安矿柱预留
方案,为矿山安全开采提供了技术保障。
2 矿床开采岩层移动角影响因素分析
2.1 矿床开采岩层移动特征
矿山开采前,岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。当矿石采出后,在岩体内部形
成采空区,导致周围岩体应力状态发生变化,从而引起应力重新分布,使岩体产生移动变形
和破坏,直到达到新的平衡[7] 。随着采矿工作进行,这一过程不断重复。它是一个十分复杂
的物理变化过程,也是岩层产生移动和破坏的过程,这一过程和现象称为岩层移动。在充分
采动或接近充分采动条件下,地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外边的一个临界变
形值点至采空区边界的连线与水平线的夹角称为移动角[8] 。移动稳定后的岩层按其破坏程
度,大致可划分为具有代表性的三个移动特征带:冒落带、裂隙带和弯曲带[9] 。
2.2 金属矿山岩层移动角影响因素分析
[10]
目前对煤矿开采岩层移动规律研究较为充分,并在很多矿山获得成功应用 。然而,
对于地下金属矿山,由于在地层结构、矿体形态、赋存条件以及采矿方法上与煤矿存在着较
大差异,影响因素复杂多变。因此,对于金属矿山岩层移动的研究,目前国内外尚没有成熟
的理论。对地下金属矿山和煤矿开采进行对比分析,地下金属矿山岩层移动角影响因素如下。
① 矿体赋存条件
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地下金属矿床的矿体厚度、倾角及矿体几何形态等均不稳定。同一个矿体内,在走向或
倾斜方向上,其厚度、倾角、形状经常发生很大变化;与此相反,煤矿的矿体厚度、倾角及
形状均较稳定,通常总是在两个方向上延伸,多为水平层状矿体。
② 矿石和围岩物理性质
地下金属矿床矿石和围岩的物理力学性质比较复杂,表现在矿石和围岩的坚固性、稳固
性等,在同一矿山、矿山与矿山之间各不相同,多数地下金属矿床和围岩非常坚固,硬度较
大,一般采用凿岩、爆破方法进行开采。对于煤矿,其围岩性质较为简单,一般采取机械切
削的综采方法开采。
③ 矿床开采过程
在地下金属矿床中,矿体赋存条件不稳定决定了其开采
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