基于PSO-SVM算法聯(lián)合數(shù)值模擬的紅嶺鉛鋅礦地表移動(dòng)帶圈定

1、基于PSO-SVM算法聯(lián)合數(shù)值模擬的紅嶺鉛鋅礦地表移動(dòng)帶圈定彭定瀟，李夕兵（中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）摘要：為了更加準(zhǔn)確圈定紅嶺鉛鋅礦地表移動(dòng)帶，依據(jù)PSO-SVM算法與數(shù)值模擬聯(lián)合確定紅嶺鉛鋅礦各礦體移動(dòng)角。統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外30個(gè)崩落法礦山的地質(zhì)特征數(shù)據(jù)，選取礦體上下盤圍巖性質(zhì)、上下盤圍巖穩(wěn)固程度、礦體傾角、礦體厚度以及開采深度共五種因素作為模型的輸入?yún)?shù)，礦體上下盤移動(dòng)角作為輸出參數(shù)，基于PSO優(yōu)化算法建立崩落法礦山移動(dòng)角預(yù)測模型。采用前處理軟件 HyperMesh對礦區(qū)進(jìn)行高精度建模，并導(dǎo)入有限差分法軟件FLAC3D之中，利用數(shù)值模擬分析了地表移動(dòng)變形。結(jié)果表明：

2、利用PSO-SVM算法與數(shù)值模擬得出的移動(dòng)角基本吻合，相互驗(yàn)證。最終確定紅嶺鉛鋅礦1、1-1、2號礦體的上下盤移動(dòng)角，由此得出紅嶺鉛鋅礦地表移動(dòng)帶范圍。為圈定金屬礦山地表移動(dòng)帶提供了一種可靠的方法。關(guān)鍵詞：地下金屬礦山；地表移動(dòng)帶；支持向量機(jī)；數(shù)值模擬中圖分類號：TD325 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADelineation of Surface Displacement Belt for Hongling Lead-Zinc Mine Based on PSO-SVM Algorithm Combine with Numerical SimulationPENG Ding-xiao, LI Xi-bing

3、(School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha，Hunan 410083，China)Abstract: In order to obtain more accurate delineation of surface displacement belt for Hongling lead-zinc mine, the motion angles were calculated by the PSO-SVM algorithm combine with the results of num

4、erical simulation. We collected the mining surface movement data of 30 caving mine in china and abroad, and selected a total of five factors as the input variable which was Pus coefficient of the hanging wall and foot wall of ore body, stability of surrounding rock, deposit angle, mining thickness,

5、mining depth, and the motion angel of terrane were be selected as the output variable to build the SVM model for the prediction of the motion angel in caving mine based on the particle swarm optimization method. The 3D geological model was established accurately by the pre-processing software HyperM

6、esh, and then the model was imported to a commercial code (FLAC3D), surface movement and deformation were numerically analyzed. The results shows that the motion angles obtained by PSO-SVM algorithm basically fit to the results of numerical simulation, in other words, these two methods can verify ea

7、ch other. Finally, we determined the definitive motion angles of Hongling lead-zinc mine (1#, 1-1#, 2#) which subsequently are used to delineate the surface displacement belt. In conclusion, this paper provides a new approach to delineation of surface displacement belt in underground metal mines.Key

8、word: Underground metal mine; Surface displacement belt; Support vector machine; Numerical simulation引 言礦山開采引起的巖層和地表變形不僅對環(huán)境造成巨大的生態(tài)破壞，并且嚴(yán)重威脅到地表人員及建筑物的安全，造成了難以估計(jì)的損失1，因此，很多學(xué)者對巖層和地表移動(dòng)范圍展開了研究2-3。移動(dòng)角是研究巖層移動(dòng)與地表變形最重要的角值參數(shù)，是指在充分采動(dòng)條件下，地表移動(dòng)盆地主斷面上臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在采空區(qū)外側(cè)的夾角4。在確定礦體開采移動(dòng)角時(shí)，設(shè)計(jì)移動(dòng)角越小，位于移動(dòng)角之外的地表建筑物則越

9、安全，然而所留礦柱尺寸則偏大，將會造成地下礦床資源浪費(fèi)。因此，確定合理的礦床開采移動(dòng)角對于保證建筑物的安全和提高資源利用率尤為重要。對于地下開采移動(dòng)角的確定，許多學(xué)者基于工程經(jīng)驗(yàn)與力學(xué)理論建立了相應(yīng)的方法，對科學(xué)確定礦體開采移動(dòng)角和研究巖層沉陷規(guī)律提供了依據(jù)。具有代表性的有：監(jiān)測與測試法、工程類比法、理論分析法、數(shù)值模擬法以及數(shù)值模型法等。其中，監(jiān)測與測試法是通過在地表布置變形監(jiān)測網(wǎng)線并采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法進(jìn)行研究，王崇革等5通過GPS對地表沉陷進(jìn)行觀測，確定了該礦山開采的移動(dòng)角；黃平路等6根據(jù)多年地表變形監(jiān)測的結(jié)果，對巖層移動(dòng)變形進(jìn)行了分析研究。然而在實(shí)際中，建立地表觀測站成本高，周期較長，且

10、操作較為困難。工程類比法7-8是指參照工程地質(zhì)條件相似的礦山，根據(jù)已有數(shù)據(jù)從而得到相應(yīng)移動(dòng)角，其預(yù)測的準(zhǔn)確性往往取決于設(shè)計(jì)者所具有的工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)伴隨著很強(qiáng)的人為主觀性。理論分析法也常常用來計(jì)算移動(dòng)角，湯伏全9以臨界變形指標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用隨機(jī)介質(zhì)理論的概率積分法確定了移動(dòng)帶的范圍。由于能夠很好描述地質(zhì)巖體的復(fù)雜性，一些學(xué)者10-11采用數(shù)值仿真技術(shù)研究巖層移動(dòng)過程和規(guī)律，然而數(shù)值模型和計(jì)算參數(shù)往往難以建立和選擇。近年來，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐漸被應(yīng)用于地下開采移動(dòng)角的確定12-14，取得了不錯(cuò)的效果，但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度較慢，且容易發(fā)生過學(xué)習(xí)的情況。SVM(支持向量機(jī))具有較強(qiáng)的非線性動(dòng)態(tài)處理

11、能力，主要用于處理分類及線性回歸問題，實(shí)現(xiàn)過程簡單而又高效，高栗等15采用GA優(yōu)化的SVM算法，建立了地下金屬礦移動(dòng)數(shù)學(xué)模型并成功應(yīng)用于獅子山銅礦等礦山，而于工程考慮，通過單一的方法確定地下礦體開采移動(dòng)角則顯得不夠可靠。紅嶺鉛鋅礦位于內(nèi)蒙古赤峰市，目前采用階段空場聯(lián)合崩落采礦法，地表出現(xiàn)大范圍塌陷區(qū)，已經(jīng)嚴(yán)重影響到主井和地表建筑的安全，需要盡早確定地表的移動(dòng)帶范圍，從而采取必要保護(hù)措施，因此，紅嶺鉛鋅礦移動(dòng)角的確定亟待解決。PSO優(yōu)化相比于GA具有收斂速度更快，精確度更高的優(yōu)點(diǎn)，本文采用PSO-SVM算法用以預(yù)測紅嶺鉛鋅礦移動(dòng)角，并通過數(shù)值模擬相互驗(yàn)證，研究結(jié)果可為確定地下礦床開采移動(dòng)角提供一

12、定的解決思路。1 工程概況紅嶺鉛鋅礦屬于矽卡巖型多金屬礦，礦區(qū)存在兩個(gè)平行的大理巖層位而形成了兩個(gè)含礦帶，即南含礦帶與北含礦帶。北礦帶總長5.7km，寬40100m，礦化帶走向55°59°，傾向北西，傾角65°85°。礦帶由東向西共分五個(gè)礦段，礦區(qū)主要工業(yè)礦體賦存在礦段內(nèi)，礦段總長1350m，寬100m，傾向北西，傾角80°。圖2為礦區(qū)三維地質(zhì)演示模型，如圖1a所示，礦段上下盤均為板巖，礦段總共分為3個(gè)鋅礦體，即1、1-1、2號礦體，鋅1-1號礦體位于2號礦體的下盤，沿大理巖層間裂隙充填，實(shí)際為1號礦體的分枝，淺部與1號礦體復(fù)合，如圖1b所示，

13、礦區(qū)13至15勘探線之間還分布著一條長石斑脈巖無礦帶，平均厚度14.4m，將鋅1-1號礦體與1號礦體隔絕?？傮w上看，礦巖穩(wěn)固性良好，屬于地質(zhì)條件簡單的礦巖，除去一些地質(zhì)構(gòu)造帶，基本不需支護(hù)。(a) 礦區(qū)三維地質(zhì)模型全貌(b) 模型縱剖面圖圖1 礦區(qū)三維地質(zhì)演示模型Fig.1 Three-dimensional geological model of the mine該礦井目前已基本回采完+805中段礦體，礦山當(dāng)前采用的采礦方法為階段空場聯(lián)合崩落采礦法，由于頂?shù)字捎帽缆浞ɑ夭?，?dǎo)致地表出現(xiàn)了大范圍的塌陷區(qū)，已經(jīng)影響到主井和地表建筑的安全，因此有必要對紅嶺鉛鋅礦開采巖層移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。2 PS

14、O-SVM的基本原理與模型的建立2.1 SVM原理簡述支持向量機(jī)16-17是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法，最初是用來解決分類問題。如圖2所示，假定大小為l的訓(xùn)練樣本集(xi , yi) ,i=1,2, l,由兩個(gè)樣本子集組成，分別標(biāo)記為正樣本子集(yi =1)和負(fù)樣本子集(yi =1)，學(xué)習(xí)的目標(biāo)是尋找一個(gè)最優(yōu)的超平面，將樣本進(jìn)行正確的分類，其中，最靠近決策面的數(shù)據(jù)點(diǎn)則稱為支持向量。圖2 最優(yōu)分類超平面Fig.2 Optimal classify hyper-plane支持向量機(jī)用于處理回歸問題時(shí)，與分類處理十分類似。同樣，給定訓(xùn)練樣本集(xi , yi) ,i=1,2, l，設(shè)有線性回歸函數(shù)： (1)式

15、中，·為向量的內(nèi)積，尋找最優(yōu)參數(shù)可轉(zhuǎn)化為求解以下優(yōu)化條件問題： (2)式中， C為懲罰因子，為回歸精度，用以控制誤差大小，i0，i*0為松弛因子。引入拉格朗日乘子ai，經(jīng)過變換求解，原問題可變化為求解16： (3) (4)2.2 PSO基本原理在SVM算法中，懲罰參數(shù)C與核函數(shù)參數(shù)的選擇對最終預(yù)測的準(zhǔn)確程度影響很大，因此，如何高效準(zhǔn)確的找出最佳參數(shù)顯得十分重要。PSO算法18又稱為粒子群優(yōu)化算法，屬于群智能優(yōu)化算法，是由自然界群體生物協(xié)同工作的行為而啟發(fā)得到。在SVM參數(shù)尋優(yōu)中，PSO算法相比于其他算法更加簡單、效率更高，更加精確，目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。PSO算法首先產(chǎn)生一組隨機(jī)解

16、，隨后在迭代過程中計(jì)算每個(gè)微粒i的適應(yīng)度，得到個(gè)體極值Pi和全局極值Pg，粒子以此為依據(jù)確定下一步計(jì)算中的速度和位置，如下所示： (5)式中，Vi(t)是微粒i在t時(shí)刻的速度，Xi(t)是粒子在t時(shí)刻的位置，為慣性權(quán)重，r1，r2為隨機(jī)數(shù)，(0,1)，c1，c2是學(xué)習(xí)因子，一般取c1=c2=2。PSO-SVM模型的具體建立過程如圖3所示。圖3 PSO-SVM模型的建立過程Fig.3 Process of the PSO-SVM model building2.3 紅嶺礦SVM模型的建立2.3.1 樣本集的建立與處理礦山的開采引起的巖層變形與移動(dòng)，受到眾多因素的影響，大量文獻(xiàn)19-21已經(jīng)總結(jié)出

17、地下開采引起地表移動(dòng)的原因，根據(jù)已有的同類型的研究成果和礦山實(shí)際情況，選取礦體上下盤圍巖性質(zhì)F（普式系數(shù)f）、上下盤圍巖穩(wěn)固程度W（由高到低分為穩(wěn)固，基本穩(wěn)固，中等穩(wěn)固，比較穩(wěn)固，不穩(wěn)固）、礦體傾角、礦體厚度h以及開采深度H共五種因素作為模型的輸入?yún)?shù)，金屬礦山通常按照移動(dòng)角圈定礦山地表移動(dòng)范圍，因此將礦體上下盤移動(dòng)角作為模型的輸出參數(shù)。采礦方法對地表移動(dòng)變形的影響較大，因此，本文從已有的文獻(xiàn)中22-23選取崩落采礦法礦山的地質(zhì)資料與礦山實(shí)測真實(shí)移動(dòng)角，作為SVM模型中的樣本集，整理資料如表1所示，其中礦山編號1-7為前蘇聯(lián)崩落法礦山地表移動(dòng)資料，8-30為我國崩落法礦山地表移動(dòng)資料。表1 國

18、內(nèi)外部分崩落法礦山地表移動(dòng)資料Table 1 Training data with mining surface movement of caving mine in china and abroad礦山編號普氏系數(shù)f穩(wěn)固程度礦體傾角/°礦體厚度h/m開采深度H/m移動(dòng)角上盤Fu下盤Fd上盤Wu下盤Wd上盤u/°下盤d/°179比較穩(wěn)固基本穩(wěn)固85141507560279比較穩(wěn)固基本穩(wěn)固80111205055379比較穩(wěn)固基本穩(wěn)固851.51507075489中等穩(wěn)固基本穩(wěn)固7592405570589中等穩(wěn)固穩(wěn)固78610045706812中等穩(wěn)固穩(wěn)固801110

19、55055768比較穩(wěn)固中等穩(wěn)固782724035608911基本穩(wěn)固基本穩(wěn)固46538068689119基本穩(wěn)固基本穩(wěn)固682020562851059比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固705.555045601157比較穩(wěn)固基本穩(wěn)固2025044531275比較穩(wěn)固不穩(wěn)固702060035551378比較穩(wěn)固中等穩(wěn)固702747578701433穩(wěn)固穩(wěn)固151.63670691533中等穩(wěn)固中等穩(wěn)固101.96766681633比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固512.14237.553.81768穩(wěn)固穩(wěn)固3311250808018911基本穩(wěn)固穩(wěn)固20552506060191011中等穩(wěn)固穩(wěn)固332711560652059不

20、穩(wěn)固不穩(wěn)固60772005863211111中等穩(wěn)固中等穩(wěn)固602711055652299比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固752656065602357不穩(wěn)固比較穩(wěn)固701058055602459比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固6025450556025109比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固5814110556026511不穩(wěn)固穩(wěn)固7314.35505565271011穩(wěn)固穩(wěn)固581850060602857中等穩(wěn)固中等穩(wěn)固6014.540058582967比較穩(wěn)固比較穩(wěn)固4531480556530710中等穩(wěn)固中等穩(wěn)固6011.54506060對樣本集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從表1中可知上下盤圍巖穩(wěn)固程度為定性指標(biāo)，首先對其進(jìn)行定量處理，將穩(wěn)固程度按

21、從高到低依次定為0.9、0.7、0.5、0.3以及0.120。為了保證結(jié)果更加準(zhǔn)確，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將樣本輸入集數(shù)據(jù)映射至0,1區(qū)間內(nèi)。2.3.2 參數(shù)尋優(yōu)本次算法采用基于MATLAB平臺的LIBSVM工具箱24，在PSO參數(shù)優(yōu)化中，種群最大進(jìn)化數(shù)量kmax=200，學(xué)習(xí)因子c1=1.5，c2=1.7，懲罰參數(shù)C的循環(huán)區(qū)間為0.1,100，核函數(shù)參數(shù)的循環(huán)區(qū)間為0.1,1000。選取表中的27組樣本數(shù)據(jù)(編號為1-27)作為訓(xùn)練樣本集，其余3組數(shù)據(jù)(28-30)作為測試樣本集，采用平方相關(guān)系數(shù)r2作為最終評價(jià)準(zhǔn)確度指標(biāo)： (6)式中，fi為預(yù)測輸出值，yi為實(shí)際輸出值。編寫并運(yùn)行計(jì)算

22、程序，讀取訓(xùn)練樣本集的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算，上盤移動(dòng)角模型最佳參數(shù)為C=68.81，=24.47，此時(shí)得出訓(xùn)練樣本r2為99.997%，測試樣本r2為85.001%；下盤移動(dòng)角模型最佳參數(shù)為C=109.99，=4.74，訓(xùn)練樣本r2為99.900%，測試樣本r2為87.839%。圖4(a)、(b)分別為上、下盤移動(dòng)角模型回歸預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果對比，從圖中可以看出預(yù)測曲線擬合程度良好，由此可以說明，本次建立的PSO-SVM模型用于崩落法礦山巖層移動(dòng)角的選取是非?？煽康?。(a) 上盤移動(dòng)角模型(b) 下盤移動(dòng)角模型圖4 移動(dòng)角模型回歸預(yù)測結(jié)果對比Fig.4 Comparison of regressio

23、n results and actual results2.3.3 計(jì)算模型應(yīng)用紅嶺鉛鋅礦礦體特征如表2所示，將樣本數(shù)據(jù)代入計(jì)算模型，可以得出紅嶺鉛鋅礦1號、1-1號和2號礦體上盤移動(dòng)角分別為：56.8°, 56.9°, 56.9°，下盤移動(dòng)角分別為65.1°, 66.6°, 68.4°。表2 紅嶺鉛鋅礦地質(zhì)特征Table 2 Geological characteristics of hongling lead-zinc mine礦體編號礦體平均傾角/(°)礦體平均厚度/m上盤f下盤f上盤穩(wěn)固程度下盤穩(wěn)固程度開采深度/m上

24、盤移動(dòng)角(°)下盤移動(dòng)角(°)1號84.39.99812基本穩(wěn)固基本穩(wěn)固29556.865.11-1號81.66.35610穩(wěn)固基本穩(wěn)固29556.966.62號74.56.841212基本穩(wěn)固穩(wěn)固29556.968.43 數(shù)值模擬分析3.1 數(shù)值模型建立本次數(shù)值模擬采用有限差分法軟件FLAC3D，紅嶺鉛鋅礦數(shù)值模型的建立主要依據(jù)資料為：各中段平面圖、地表地形圖和各勘探線剖面圖，通過前處理軟件HyperMesh建立幾何模型，并劃分網(wǎng)格，最后將HyperMesh網(wǎng)格文件通過Matlab編寫的程序轉(zhuǎn)換為FLAC3D的網(wǎng)格文件。按照實(shí)際巖體特征，將模型分組為礦體、矽卡巖、大理巖、

25、長石斑脈巖及板巖，如圖5所示，模型坐標(biāo)軸x方向即為大地坐標(biāo)系x方向，坐標(biāo)軸y方向即為大地坐標(biāo)系y方向，豎直方向?yàn)閦方向。模型底部標(biāo)高為+600m，模型整體長1300m，寬1100m。對礦體、矽卡巖、大理巖和長石斑脈巖進(jìn)行高質(zhì)量六面體網(wǎng)格劃分，對外圍不規(guī)則板巖進(jìn)行四面體劃分，六面體網(wǎng)格與四面體網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)互相耦合。(a) 四面體網(wǎng)格(b) 六面體網(wǎng)格圖5 數(shù)值模擬計(jì)算模型網(wǎng)格Fig.5 Elements of the numerical simulation本次數(shù)值模擬采用摩爾庫倫屈服準(zhǔn)則，紅嶺鉛鋅礦前期已開展室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)，并進(jìn)行井下結(jié)構(gòu)面調(diào)查分析，對巖體完成了質(zhì)量分級，表3為強(qiáng)度折減后的巖體物

26、理力學(xué)參數(shù)。設(shè)置靜力位移邊界條件，對模型的x軸方向兩端平面固定x軸向位移，對模型的y軸方向兩端平面固定y軸向位移，對模型的底部邊界固定x、y及z方向位移。首先對模型進(jìn)行初始平衡，構(gòu)造自重應(yīng)力場，隨后按照礦山實(shí)際開采順序，對礦體依次施加開挖命令。表3 數(shù)值模擬物理力學(xué)參數(shù)(折減后)Table 3 Physical and mechanical parameters of numerical simulation (Being reduced)巖性彈性模量(GPa)體積模量(GPa)泊松比內(nèi)摩擦角 (°)密度 (g/cm3)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)粘聚力(MPa)大理巖11.

27、648.430.27472.6637.860.71.2上盤圍巖18.8311.620.23362.66515.440.91.3下盤圍巖11.227.190.24342.70110.210.8021.1板巖18.8110.810.21492.7717.020.91.5礦體21.2611.430.19503.56525.3321.8長石斑巖21.2611.430.19503.56525.3321.8矽卡巖15.2912.730.3403.08611.891.51.23.2 模擬結(jié)果分析對紅嶺鉛鋅礦1號、1-1號和2號礦體的回采后位移進(jìn)行分析，因此，分別選取礦體西翼7號勘探線與東翼17號勘探線作為剖

28、面，圖6為+805中段回采結(jié)束后豎直沉降圖，從圖中可以看出，礦體的上盤豎直沉降值明顯高于下盤豎直沉降值，與實(shí)際情況相符。(a) 7號勘探線剖面豎直沉降(b) 17號勘探線剖面豎直沉降圖6 +805中段回采結(jié)束后豎直沉降云圖Fig.6 Vertical displacement contours after excavation of +805 level分別提取7號勘探線與17號勘探線地表豎直沉降數(shù)據(jù)，如圖7所示，圖中虛線為根據(jù)上下盤位移對空區(qū)的預(yù)測曲線，從圖7(a)可以看出，7號勘探線最大沉降值為0.98m，位于2號礦體上盤，從圖7(b)中可以看出，17號勘探線最大沉降值為1.19m，位于1

29、號礦體上盤。(a) 7號勘探線地表豎直沉降曲線(b) 17號勘探線地表豎直沉降曲線圖7 +805中段回采結(jié)束后地表沉降曲線Fig.7 Settlement curve of surface after excavation of +805 level將地表位移數(shù)據(jù)按照文獻(xiàn)4中方法進(jìn)行處理計(jì)算，分別得出7號與17號勘探線地表變形值，如圖8與圖9所示。移動(dòng)角為地表破壞點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在采空區(qū)外側(cè)的夾角，有關(guān)規(guī)范23中規(guī)定通過以下指標(biāo)作為地表破壞依據(jù)：地表傾斜i 3mmm-1；地表曲率k 0.2km-1；水平變形 2mmm-1。地表某點(diǎn)若滿足以上三者中任意一個(gè)條件則為地表破壞點(diǎn)。則根據(jù)7

30、線數(shù)值模擬結(jié)果可以得出2號礦體上盤移動(dòng)角為58.9°，1-1號礦體下盤移動(dòng)角為67.1°，根據(jù)17線數(shù)值模擬結(jié)果可以得出1號礦體上盤移動(dòng)角為52.5°，下盤移動(dòng)角為67.5°。圖8 7號勘探線地表變形曲線Fig.8 Deformation curve of surface in 7 prospecting line圖9 17號勘探線地表變形曲線Fig.9 Deformation curve of surface in 17 prospecting line4 最終地表移動(dòng)帶圈定將PSO-SVM模型法與數(shù)值模擬法得出的移動(dòng)角進(jìn)行對比，同樣選取平方相關(guān)系數(shù)作

31、為評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)式6，并通過計(jì)算可得r2=85.6%，由此可以證明兩種方法得出的結(jié)果基本吻合。根據(jù)安全考慮，確定最終移動(dòng)角為兩者之中較小值，則得出最終2號礦體上盤移動(dòng)角為56.9°，1-1號礦體下盤移動(dòng)角為66.6°，1號礦體上盤移動(dòng)角為52.5°，下盤移動(dòng)角為65.1°。根據(jù)移動(dòng)角得出+805中段回采結(jié)束后地表移動(dòng)帶如圖10所示。從圖中可以看出，民房已經(jīng)有一部分進(jìn)入了移動(dòng)范圍，存在較大的安全隱患，建議采取相關(guān)安全防患措施，主井距離地表移動(dòng)帶只有85m，隨著礦體繼續(xù)進(jìn)入下階段的回采，主井很有可能進(jìn)入移動(dòng)范圍之內(nèi)，因此，建議礦山深部轉(zhuǎn)用充填采礦法。圖10

32、+805中段回采結(jié)束后地表移動(dòng)帶示意圖Fig.10 Surface displacement belt after excavation of +805 level5 結(jié)論本文通過統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外崩落法礦山樣本數(shù)據(jù)，建立PSO-SVM崩落法礦山移動(dòng)角預(yù)測模型，針對紅嶺鉛鋅礦地質(zhì)特征情況，得出1號、1-1號及2號礦體移動(dòng)角，并使用FLAC3D軟件對礦體回采導(dǎo)致的巖層變形進(jìn)行模擬分析，將PSO-SVM模型法與數(shù)值模擬法分別得出的移動(dòng)角進(jìn)行對比分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1) 選取礦體上下盤圍巖性質(zhì)F、上下盤圍巖穩(wěn)固程度W、礦體傾角、礦體厚度h以及開采深度H共五種因素作為模型的輸入?yún)?shù)，礦體上下盤移動(dòng)角作為

33、輸出參數(shù)。以國內(nèi)外崩落法礦山地質(zhì)資料作為訓(xùn)練集與測試集，通過PSO優(yōu)化算法得出最優(yōu)參數(shù)，建立崩落法礦山移動(dòng)角預(yù)測SVM模型，根據(jù)紅嶺鉛鋅礦實(shí)際情況，得出紅嶺鉛鋅礦1號、1-1號和2號礦體上盤移動(dòng)角分別為56.8°, 56.9°, 56.9°，下盤移動(dòng)角分別為65.1°, 66.6°, 68.4°。2) 通過前處理軟件HyperMesh建立數(shù)值計(jì)算模型，并結(jié)合數(shù)值模擬得出+805中段回采結(jié)束后地表移動(dòng)數(shù)據(jù)，分別選取礦體西翼7號勘探線與東翼17號勘探線作為剖面，得出地表變形傾斜、曲率以及水平變形曲線，根據(jù)相關(guān)規(guī)范得出2號礦體上盤移動(dòng)角為5

34、8.9°，1-1號礦體下盤移動(dòng)角為67.1°，1號礦體上盤移動(dòng)角為52.5°，下盤移動(dòng)角為67.5°。3) 將兩種方法分別得出的移動(dòng)角進(jìn)行對比，結(jié)果表明兩種方法計(jì)算結(jié)果(平方相關(guān)系數(shù)r2=85.6%)基本吻合，得到了互相驗(yàn)證，并根據(jù)安全考慮，確定最終移動(dòng)角為兩者之中較小值，則得出最終2號礦體上盤移動(dòng)角為56.9°，1-1號礦體下盤移動(dòng)角為66.6°，1號礦體上盤移動(dòng)角為52.5°，下盤移動(dòng)角為65.1°；根據(jù)移動(dòng)角圈定了地表移動(dòng)帶，得出主井距離地表移動(dòng)帶只有85m，建議礦山深部轉(zhuǎn)用充填采礦法。參考文獻(xiàn)1 吉學(xué)文,

35、唐紹輝, 潘懿. 云南昭通市鉛鋅礦古采空區(qū)塌陷地質(zhì)災(zāi)害治理J. 有色金屬工程, 2015, 5(3):86-90.2 Carnec C, Delacourt C. Three years of mining subsidence monitored by SAR interferometry, near Gardanne, France J. Journal of Applied Geophysics, 2000, 43(1):43-54.3 Alejano L R, RamRez-Oyanguren P, Taboada J. FDM predictive methodology for s

36、ubsidence due to flat and inclined coal seam miningJ. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 1999, 36(4):475-491.4 何國清. 礦山開采沉陷學(xué)M. 1991.5 王崇革, 宋振騏, 石永奎,等. 近水平煤層開采上覆巖層運(yùn)動(dòng)與沉陷規(guī)律相關(guān)研究J. 巖土力學(xué), 2004, 25(8):1343-1346.6 黃平路, 陳從新, 肖國峰,等. 復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山地下開采地表變形規(guī)律的研究J. 巖土力學(xué), 2009, 30(10):3020-3024.7 湯伏全. 基于地表變形預(yù)計(jì)的礦區(qū)保護(hù)煤柱留設(shè)方法J. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 29(3):313-316.8 黃敏, 李夕兵, 曾凌方,等. 基于三維建模技術(shù)的礦山移動(dòng)范圍圈定J. 礦冶工程,