矿山采动灾害预警模型研究与系统实现

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中国是矿山灾害多发国之一,矿山开采过程中的采动灾害不仅严重影响开采的正常进行,而且会造成生命财产的重大损失。针对矿山采动灾害进行实时监测定位,对灾害防控有着重要的意义。但现有研究存在着不足,已有矿山监测系统大多基于GPS对时间进行同步,该方式会导致各监测节点时间同步性差。在灾害定位方面,存在着硬件监测和定位方法研究的割裂,使得相关研究在实际应用中受限。此外,矿山开采会形成大量的采空区和地质断层,影响了定位精度。针对以上不足,本文提出了改进型的NTP时间同步方式,从硬件监测角度对时间同步进行了优化,提高了各监测节点的时间同步性。并根据本文的硬件监测条件,对灾害定位方法进行了合理设计,保证了硬件监测与定位方法的统一。此外,本文运用数值模拟技术对矿山开采过程中的高风险区进行了识别,根据高风险区对原定位结果进行了合理修正,进一步提高定位精度。最后,为了方便矿山工作人员及时了解矿山开采安全情况,本文通过矿山灾害监测预警系统对预警模型进行了实现和展示,实现了对矿山采动灾害的智能监测预警。本文具体研究包括以下六部分:第一,对矿山采动灾害事故进行了概述说明,并对此类事故的诱发机理进行了分析。第二,对矿山采动灾害实时定位模型进行了实现。从硬件监测着手设计,对各监测节点的时间同步性进行了优化。将监测得到的岩石破裂信号进行滤波除噪,之后运用多级网格搜索法对基于到达时间差测量目标位置定位算法进行了优化求解,缩短计算时间的同时提高定位精度。第三,根据某矿山实际情况进行仿真模拟,通过数值模拟技术对该矿山开采过程中的高风险区进行了识别,根据高风险区能够优化本文的定位模型。将数值模拟技术与矿山采动灾害实时定位模型进行结合,进一步提高定位模型的定位精度。此外,通过模拟实验验证了综合应力变化大小、应力大小和塑性区对高风险区进行识别的科学性和可靠性。第四,根据本文预警模型和相关需求,对矿山灾害监测预警系统的需求进行了分析,并从系统架构、功能模块和数据库三个方面对系统进行了合理设计。第五,根据本文预警模型及系统设计,利用各相关技术对矿山灾害监测预警系统进行了实现,并对系统的各项功能进行了测试,经测试各功能均能可靠运行。第六,本文选取了教学楼前空地和某矿山现场两个场景进行实地测试,经测试本文预警模型定位精度极高,能够科学指导矿山安全开采。通过实证验证了本文矿山灾害监测预警系统的可行性,验证了本文预警模型的可靠性,并提出了矿山安全管理建议措施。
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