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        巷道掘進(jìn)中超前預(yù)報(bào)綜合決策系統(tǒng)

        2012-11-12 04:20:40侯群磊
        山西焦煤科技 2012年12期
        關(guān)鍵詞:巖爆工程地質(zhì)巷道

        侯群磊

        (河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司,河南 商丘 476000)

        我國(guó)煤炭資源豐富,然而目前90%以上的煤炭是地下開采,露天開采的儲(chǔ)量很少,因此,對(duì)煤礦巷道的安全生產(chǎn)掘進(jìn)工作提出了更高要求。因?yàn)橄锏谰蜻M(jìn)是一項(xiàng)地下隱蔽工程,地質(zhì)條件復(fù)雜且不易控制,易發(fā)生重大傷亡事故,造成不可估量的損失,而如何確保安全生產(chǎn),杜絕隱患是目前煤礦迫切需要解決的問題。地下煤礦巷道掘進(jìn)過程中主要的地質(zhì)災(zāi)害有地下突水、巖爆、塌方以及圍巖大變形等,這些地質(zhì)災(zāi)害直接威脅生產(chǎn)人員生命安全,甚至引發(fā)次生災(zāi)害造成更大的損失,如發(fā)生劇烈?guī)r爆會(huì)引起地震,造成地表建筑破壞等,以至于危害到地面工作人員安全。王家?guī)X煤礦透水事故充分體現(xiàn)了巷道掘進(jìn)中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要性,而在巷道掘進(jìn)生產(chǎn)過程中有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的方法即對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè),并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋,以采取有效安全措施,這對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義,也成為眾多學(xué)者致力研究的課題。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和數(shù)據(jù)信息來(lái)源

        1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

        系統(tǒng)是以煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中地質(zhì)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)管理為研究對(duì)象,以煤礦超前預(yù)報(bào)的地質(zhì)綜合分析技術(shù)為指導(dǎo)[2],在全面收集巷道工程地質(zhì)勘察資料以及設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)上,采用野外調(diào)研與室內(nèi)試驗(yàn)分析相結(jié)合、巖體力學(xué)與工程地質(zhì)相結(jié)合、定性與定量分析評(píng)價(jià)相結(jié)合、系統(tǒng)評(píng)價(jià)與國(guó)家統(tǒng)一規(guī)范相結(jié)合的思想,建立一套科學(xué)、合理的巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合分析系統(tǒng),其設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)如下:

        1)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)掘進(jìn)階段信息以及超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道斷面信息(包括地質(zhì)信息以及超前預(yù)報(bào)信息等)的綜合查詢與分析,預(yù)報(bào)生產(chǎn)掘進(jìn)過程中圍巖類別、巖爆、圍巖大變形、地下突水等煤礦災(zāi)害。

        2)利用CLIPS開發(fā)專門的專家系統(tǒng)并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中災(zāi)害的綜合分析、預(yù)報(bào)及反饋,針對(duì)某項(xiàng)巷道生產(chǎn)掘進(jìn)工程地質(zhì)災(zāi)害信息進(jìn)行規(guī)律研究及決策分析,并實(shí)現(xiàn)各類信息的統(tǒng)一管理和共享,以求實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。

        1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息來(lái)源

        1)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)信息,主要包括工程勘查概況、區(qū)域地質(zhì)概況、水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、開采技術(shù)條件等基礎(chǔ)信息。

        2)巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中信息,主要包括生產(chǎn)掘進(jìn)地質(zhì)信息記錄、地應(yīng)力測(cè)試資料及圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù),開挖后平面展示圖等圖件信息。

        3)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息,主要包括地質(zhì)雷達(dá)GPR探測(cè)數(shù)據(jù)、瞬變電磁探測(cè)數(shù)據(jù)、超前鉆探數(shù)據(jù)等超前勘探資料。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

        根據(jù)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能的不同,可將系統(tǒng)分為:基礎(chǔ)信息管理模塊、數(shù)據(jù)錄入及編輯模塊、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及開采條件預(yù)報(bào)模塊、災(zāi)害決策預(yù)報(bào)及應(yīng)急處理模塊。各模塊的功能如下:

        1)基礎(chǔ)信息管理模塊,即基礎(chǔ)信息管理子系統(tǒng),該系統(tǒng)主要用于管理基本的用戶信息,防止數(shù)據(jù)被惡意修改刪除,以保證數(shù)據(jù)的完整性,為后續(xù)提供準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

        2)數(shù)據(jù)輸入及編輯模塊,要對(duì)巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)測(cè),首先要獲得大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),系統(tǒng)能否做出合理準(zhǔn)確的決策預(yù)測(cè)取決于系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)的可靠性,輸入的數(shù)據(jù)包括室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、物探解譯資料以及超前鉆探等資料存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。本模塊還提供數(shù)據(jù)的編輯及打印功能,方便用戶調(diào)用修改。

        3)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及開采條件預(yù)報(bào)模塊。本文對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及開采條件的預(yù)報(bào),主要是通過處理分析用戶輸入的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào),主要預(yù)報(bào)巖石性質(zhì),含隔水層情況,斷層破碎帶的厚度位置、充填情況以及煤層厚度傾角等。通過系統(tǒng)處理分析將得到的結(jié)果與原有數(shù)據(jù)進(jìn)行再對(duì)比分析,將取得的綜合結(jié)論替換原有結(jié)論存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中,輔助后期的決策。

        4)災(zāi)害決策預(yù)報(bào)及應(yīng)急處理模塊,在獲得巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中工程地質(zhì)水文地質(zhì)以及開采條件,結(jié)合物探、鉆探等超前勘探資料以及室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)參數(shù),便可以對(duì)災(zāi)害的發(fā)生情況進(jìn)行決策預(yù)報(bào),主要預(yù)報(bào):巖爆、圍巖大變形、塌方以及突水,目前系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)巖爆和突水兩種災(zāi)害的綜合決策預(yù)測(cè),根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果系統(tǒng)列出防治措施,并綜合多種防治措施提供幾種最優(yōu)防治措施,供用戶選擇或作為參考。

        2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)主要針對(duì)煤礦生產(chǎn)部門,利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合PBR/CBR專家系統(tǒng),建立一套科學(xué)、合理的煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng),采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式,軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),其系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

        圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

        3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線

        目前,系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)巖爆預(yù)測(cè)與地下突水預(yù)測(cè),即以巖爆預(yù)測(cè)為例來(lái)說明系統(tǒng)具體的實(shí)現(xiàn)方法,巖爆是煤礦地下深部巷道掘進(jìn)過程中,圍巖發(fā)生劇烈破壞的現(xiàn)象,巖爆不僅會(huì)威脅工作人員的生命安全,更有甚者會(huì)引發(fā)地震,高強(qiáng)度的巖爆烈度可達(dá)7~8度,震級(jí)在3~4.6級(jí)以上。目前普遍采用的預(yù)測(cè)方法有:單軸抗壓強(qiáng)度UCS;波蘭A.Q.奇代賓斯基提出Wet.彈性應(yīng)變能指數(shù);巖石脆性指數(shù)法,巖石脆性越高,越易發(fā)生巖爆;我國(guó)“工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定了可能發(fā)生巖爆的極高地應(yīng)力與高地應(yīng)力的判別標(biāo)準(zhǔn);應(yīng)力強(qiáng)度比指數(shù)法;模糊綜合評(píng)判法等,本文采用人工智能的專家系統(tǒng),應(yīng)用CLIPS進(jìn)行開發(fā),通過多影響巖爆的各個(gè)主控因素分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行綜合決策。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線圖見圖2。

        4 結(jié)語(yǔ)

        巷道掘進(jìn)是一項(xiàng)地下隱蔽工程,地質(zhì)條件復(fù)雜且不易控制,易發(fā)生重大傷亡事故,造成不可估量的損失,而如何確保安全生產(chǎn),杜絕隱患是目前煤礦迫切需要解決的問題。本文以煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中地質(zhì)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)管理為研究對(duì)象,以煤礦超前預(yù)報(bào)的地質(zhì)綜合分析技術(shù)為指導(dǎo),在全面收集巷道工程地質(zhì)勘察資料以及設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)上,采用野外調(diào)研與室內(nèi)試驗(yàn)分析相結(jié)合、巖體力學(xué)與工程地質(zhì)相結(jié)合、定性與定量分析評(píng)價(jià)相結(jié)合、系統(tǒng)評(píng)價(jià)與國(guó)家統(tǒng)一規(guī)范相結(jié)合的思想,旨在建立一套科學(xué)、合理巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合分析系統(tǒng),為煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)中災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治提供科學(xué)的決策依據(jù)。

        圖2 系統(tǒng)技術(shù)路線圖

        [1]郭 立.深部硬巖巖爆傾向性動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型及其應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)博士論文:2004.

        [2]賀懷建,白世偉,陳 鍵.巖土工程專家系統(tǒng)中的推理及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2002,21(8):1239-1242.

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        [7]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局,國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定[S].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

        [8]邢會(huì)安,盧全生,原連成.九里山礦西部水大原因分析及對(duì)策[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2008,20(11):30-33.

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