近年来,随着社会发展对矿产资源需求的日益增大,矿山安全事故也越来越频繁。这不仅影响了矿山的安全生产,并且给社会和企业造成了巨大的损失。调查表明,采场围岩垮冒落是地下矿山主要事故形式之一,因此,开展对采场围岩稳定性及安全预警方面的研究有重要的意义。 通过对国内外相关成果的研究认为,以往的研究中仍存在着不少尚待完善的地方,如在稳定性分析计算方面,岩体力学参数采集不全面、本构关系模型未能反映岩体真正的作用机理,其理论计算结果与实际应用尚存在着较大的距离;在安全预警方面,常基于地压仪器监测的方法,由于其人力物力耗费很大,一般不对所有开采范围进行研究,而只对部分不稳固采场的开采过程进行跟踪观察,预报可能出现的危险,属于事后治理,因而就安全管理的属性而言,存在一定的局限性;其次是专题研究多系统性研究少,分析方法粗略,不够深入。本文在前人研究成果的基础上,选择以主控因素岩体结构面作切入点,来研究围岩体的稳定性与评判采矿的安全性。本文首先通过对现场实测的结构面特征数据统计分析,应用蒙特卡罗随机模拟方法重构岩体结构面特征,并应用分形原理对其进行空间分维度量。再结合岩体力学参数与岩体结构特征,应用可拓评价方法对岩体质量进行等级划分,并上述研究过程编制成岩体结构面综合分析工具软件(FWQD),结合第三方软件(3D surfer),进行分析计算和可视化展示,可对采场的稳定性状况进行初步判断,并可在此基础上揭示潜在的安全隐患区域,在开挖前进行安全预警。最后以青海金龙沟金矿地下开采应用为例对上述研究进行了介绍。 本文探索性地应用蒙特卡罗法、分形理论、可拓学原理、层次分析方法编制了人机交互性能较强的集结构面网络模拟、节理分维确定、权重求解、岩体分级为一体的岩体结构面综合分析工具软件(FWQD),并提出了围岩稳定性安全评价与预警系的初步方法与程序。本文在采矿安全预警方面进行了系统的可视化探索研究,并初步构建了其可视化研究系统。本研究成果进一步完善了地下矿山安全评价与安全预警理论,对保障地下矿山正常安全生产有积极的作用。