复杂地下工程灾害数字化与智能监控关键技术

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针对复杂地下工程灾害数字化与智能监测预报控制关键技术等问题,北京科技大学的科研团队以北京科技大学矿业工程国家一级重点学科、采矿工程国家重点学科中心实验室、金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室以及国家材料服役安全科学中心为依托,自20世纪80年代起建立了完整的以地应力为主导的深部地下工程理论与技术体系,揭示了深部地下工程(采矿过程)诱发灾害的致灾机理,如岩爆、矿震等的诱发规律,为深部地下工程灾害预测和防控开辟了重要的解决途径。特别是,在深部地下工程的地应力测量理论与技术体系构建方面:建立了考虑岩体非线性、不连续性、不均质性和各向异性的地应力测量分析理论,发明了完全温度补偿的地应力测量方法和装备等的全套技术体系。完成了九五攻关项目新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究(专题)项目,获得2000年度国家科技进步二等奖。在矿震、微震、声发射监测与动力灾害研究方面:以系统过程为基本观点,建立了适合于不同特征描述和表达的参数体系,建立了临界破坏状态识别的多维信息耦合判别模式和判别准则。先后完成了抚顺矿震时间-空间-强度预测及其对城市危害性评价研究玲珑金矿深部岩石力学与采矿方法综合研究,其成果获得2003年度国家科技进步二等奖。

近年来,北京科技大学积极创建深部地下工程灾害的灾变模拟、预测理论及其超前诊断方法,形成深部地下工程灾害防控理论体系,全面提升深部地下工程开采的重大灾害防御的技术水平,使得灾害的发生率及其损失显著降低,积极构建深部地下工程灾害的“精确监测,超前预测,安全防治”的防灾减灾模式,为减少和防治地下工程灾害提供科学依据和技术支撑。曾参加了多项与深部地下工程紧密相关领域的“863”“973”、国家科技攻关(支撑)计划、国家自然科学基金等各类重点项目,取得的相关研究成果主要有:

1)国家863重点课题深井岩爆灾害动态监测与危险性分析技术2008AA062104),北京科技大学针对深部硬岩矿床开采中岩爆灾害防范关键技术,研究深井矿山微震等开采扰动效应时空特征动态测试技术、精确定位及信息分析处理技术,研究和开发区域应力场特征分析与应力异常区识别技术、采动影响区域及其覆岩空间结构演化致灾效应定量分析技术和岩爆灾害灾源识别及危险性分析技术,该项研究重点解决的地应力场测试与反演技术、开采扰动效应多维信息监测与综合分析技术、灾源识别与时空定位技术。

2)国家十一五科技支撑计划项目课题采动动力灾害监测、预警与控制关键技术研究2006BAK0402),北京科技大学重点针对非煤矿山中的主要采动灾害,在开采扰动作用下冲击动力源致灾机理及危险性评价、基于灾源识别的岩爆灾害控制技术等方面取得了创新性成果,而这些成果的取得,为本项目的开展提供了大量工程案例、基础数据和工程基础资料。

3)国家十一五科技支撑计划项目课题露天转地下相互协调安全高效开采关键技术研究2006BAB02A17),建立了露天转地下和露天与地下联合开采过程中岩层变形、破坏的多信息实时监测方法和监测系统,揭示了边坡和地下岩体共同变形、相互影响形成的矿山地压灾害,包括循环动力冲击灾害的发生机理、动力演化过程和内在规律。

4)国家973计划项目重大工程地质灾害的预测理论与数值分析方法研究2010CB731500),北京科技大学承担了工程地质体结构模型与地质状态基本信息分析方法课题,建立复杂地质体非连续、非均匀、流固耦合的多尺度力学模型;捕捉地质灾害孕育、成形、演化、发生、发展的不同阶段的宏观现象,并给出与之对应的判断准则、破坏形式及破坏程度的定量化描述,建立灾害预测的数值分析方法。

5)国家自然科学基金重点项目深凹露天矿高陡边坡稳定性研究(项目批准号51034001),利用微震监测、三维激光扫描、精细地质探测技术3GSM等对关键部位的岩体结构进行探查,通过对探查结果的智能化分析与判断,实现了对岩体破坏模式的识别和预测,以及对灾变过程的准确描述。