深部三維地應力場混沌反演及應用.pdf

1、隨著生產(chǎn)規(guī)模與開采強度的不斷擴大，不少礦山現(xiàn)已進入深部開采階段。深部賦存的特殊環(huán)境（“三高一擾動”）導致開采工程響應特征和巖體力學特性發(fā)生極大變化，深部地壓顯現(xiàn)更為頻繁，由此帶來的冒頂片幫、巷道變形等災害程度也更為嚴重。如何有效解決深部開采所面臨的的各項技術難題，實現(xiàn)安全高效開采，是擺在廣大科研工作者面前的重要課題。
　　本文以國家“十二五”科技支撐計劃專題“采空區(qū)三維激光掃描空間信息建模與動態(tài)監(jiān)測技術(2012BAK09B02-

2、05)”及橫向課題“深部三維地應力測量及其分布規(guī)律研究”為依托，針對凡口鉛鋅礦深部開采現(xiàn)狀，綜合運用現(xiàn)場試驗、理論分析、數(shù)值模擬等方法，采用SURPAC、FLAC3D、Matlab等數(shù)字化工具，開展凡口深部原巖應力實測及三維地應力場混沌數(shù)值反演研究，并在此基礎上尋求解決深部采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問題，全文主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　1)在充分掌握深部工程及地質(zhì)構(gòu)造情況的基礎上，采用套孔應力解除法于深部-550m及-650m中段開展原巖

3、應力實測工作，并對套取巖芯進行雙軸率定試驗，獲取套芯解除應變和彈性參數(shù)，計算分析獲得了深部實測原巖應力及其分布特征。
　　2)從地應力場成因及主要影響因素出發(fā)，確定了用于地應力場反演的主要荷載形式;統(tǒng)計國內(nèi)近5年地應力實測數(shù)據(jù)，采用擬合分析方法獲得了反演荷載隨埋深變化的規(guī)律，據(jù)此構(gòu)建了非線性荷載函數(shù)表達式，并編寫了其FISH語言實現(xiàn)程序。
　　3)采用數(shù)字化礦山軟件SURPAC構(gòu)建了全面反映深部地質(zhì)條件，涵蓋地層、斷層和礦體

4、等信息的實體模型，運用課題組自主研發(fā)的SURPAC-FLAC3D技術，轉(zhuǎn)換生成了地應力場反演數(shù)值模型;開展深部礦巖物理力學參數(shù)試驗，獲取了礦巖塊物理力學參數(shù);結(jié)合深部實際地質(zhì)情況，采用Hoek-Brown強度準則折減獲得了深部礦巖體物理力學參數(shù)。
　　4)研究提出了基于混沌搜索理論的地應力場混沌反演方法。定義自重應力修正系數(shù)，引入非線性荷載表達式參變量，構(gòu)建了自重修正系數(shù)與非線性荷載參變量的典型組合（反演參數(shù)組合）;將反演參數(shù)組合

5、代入地應力場反演數(shù)值模型，開展初始地應力場試算，提取實測點處應力試算值，用反演參數(shù)組合與應力試算值的樣本對訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，構(gòu)建了反一演參數(shù)與應力試算值之間的非線性映射關系;建立BP模型輸出（應力試算值）與應力實測值最優(yōu)逼近的目標函數(shù)，對其進行混沌全局搜索獲得了最優(yōu)反演參數(shù);按尋優(yōu)所得參數(shù)開展數(shù)值“正算反演”，并模擬深部中段采充過程，揭示了深部初始及現(xiàn)存地應力場的分布特征和變化規(guī)律。
　　5)基于深部地應力場反演結(jié)果與礦山實際