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采场结构参数智能优化研究及可靠度分析

作　者: 王星星
导　师: 周科平
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 上向水平分层充填密切值法数值模拟智能优化可靠度分析响应面
分类号: TD862.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为了快速获取合理的采场结构参数,从而实现对获各琦铜矿CuⅠ矿体的安全、高效开采,本文在数值模拟技术的基础上,结合强度折减原理与智能控制技术,成功地计算出所设计的参数组合下采场的精确安全系数,进而确定采场结构参数与安全系数的非线性关系,再利用遗传算法全局搜索能力得到最合适的采场结构参数,并从岩体力学参数随机性角度分析了其稳定性的可靠度。文章的主要内容包括以下部分：(1)系统介绍了矿山开采的工程背景,通过工程地质调查与室内岩石力学试验,得到了矿区几类典型的岩石的物理性质。并在此基础上采用改进的多目标密切值法对矿区几类典型的岩石进行了质量分级,为后续的力学分析奠定了基础。(2)为了解决矿山开采过程中由于采场顶板破碎带来的安全威胁,提出对矿体上盘围岩环境再造,通过锚索注浆改善围岩的稳定性,并在此基础上改进采矿方法,以达到安全开采的目的。(3)针对改进的采矿方法,根据矿体埋深及地应力规律,建立矿体开采的数值模型,利用强度折减原理与二分法原理,经FLAC3D有限差分计算得出相邻采场塑性破坏区达到贯通时的采场安全系数Fs,并通过神经网络建立起采场结构参数与Fs之间的非线性关系,结合实际开采情况,确定目标函数,利用遗传算法搜索出目标函数最优解,获得了对应的采场结构参数。(4)针对智能优化所得的采场结构参数,考虑到岩体力学参数C和φ的随机性,开展对该采场结构参数下采场稳定性的可靠度分析,综合考虑几种可靠度计算方法的适应条件以及优缺点,决定采用响应面法对可靠度进行计算,结合具体情况建立极限状态功能函数,并通过二次多项式序列响应面法、插值响应面法和神经网络响应面法三种功能函数响应面拟合方法分别对其可靠度求解,得到的可靠度均很高,即验证了智能优化所得的采场足够稳定。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景与意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 参数优化研究现状  10-12
    1.2.2 可靠度研究现状  12-14
  1.3 本文研究内容与方法  14
  1.4 研究的技术路线和手段  14-16
第二章工程地质调查与矿区岩体质量分级  16-30
  2.1 工程地质调查  16-20
    2.1.1 节理裂隙调查  16-18
    2.1.2 节理裂隙统计  18-20
    2.1.3 节理裂隙分布规律  20
  2.2 矿山岩石力学试验  20-24
    2.2.1 试样制备  21
    2.2.2 试验与结果  21-24
  2.3 矿区岩体质量分级  24-29
    2.3.1 改进多目标决策密切值法分级模型的建立  24-27
    2.3.2 获各琦岩体质量的密切值法分级  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章矿区地质与采矿方法  30-42
  3.1 矿区地质与开采技术条件  30-34
    3.1.1 矿区主要地质构造特征  30-32
    3.1.2 矿体开采技术条件  32-34
  3.2 目前采场生产中的难题  34-37
    3.2.1 原有采矿方法  34-36
    3.2.2 采场生产难题  36-37
  3.3 采用的解决措施  37-41
    3.3.1 采场围岩环境再造  37-39
    3.3.2 采矿方法工艺的改进  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 ANN-GA模型优化采场结构参数  42-65
  4.1 软件与理论的简介  42-46
    4.1.1 FLAC3D简述  42-44
    4.1.2 BP神经网络与遗传算法的简介  44-46
  4.2 运用强度折减法分析采场整体稳定性  46-57
    4.2.1 数值分析模型的建立  46-48
    4.2.2 采场整体稳定性分析  48-54
    4.2.3 采场稳定性的敏感度分析  54-57
  4.3 ANN-GA模型对获各琦铜矿CuI矿体采场结构参数优化  57-64
    4.3.1 ANN-GA模型的构建流程  57-59
    4.3.2 不同结构参数下采场安全系数F_S的二分法实现  59-61
    4.3.3 BP神经网络模型的建立  61-63
    4.3.4 遗传算法求最优解  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章采场稳定性可靠度分析  65-79
  5.1 可靠度基本概念  65-67
    5.1.1 极限状态与极限状态函数  65-66
    5.1.2 失效概率  66-67
    5.1.3 可靠度指标  67
  5.2 可靠度的计算方法  67-71
    5.2.1 点估计法  67-68
    5.2.2 蒙特卡罗法  68-69
    5.2.3 JC法  69-70
    5.2.4 响应面法  70-71
  5.3 基于响应面法的采场稳定性的可靠度计算  71-78
    5.3.1 功能函数的确定  71-72
    5.3.2 二次多项式序列响应面法的可靠度计算  72-75
    5.3.3 插值响应面法的可靠度计算  75-76
    5.3.4 神经网络响应面法的可靠度计算  76-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章结论与展望  79-81
  6.1 结论  79
  6.2 创新点  79
  6.3 展望  79-81
参考文献  81-86
致谢  86-87
攻读学位期间主要的研究成果  87

采场结构参数智能优化研究及可靠度分析

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