[发明专利]一种基于应力监测数据变化的岩体失稳预警方法及系统

说明书

本申请涉及矿山岩体安全领域，提供一种基于应力监测数据变化的岩体失稳预警方法及系统，通过获取一个预警周期内的矿山岩体的实时监测应力数据，并根据实时监测应力数据，确定干扰周期，对实时监测应力数据进行分解和平滑，得到实时监测应力数据变化趋势，通过Pettitt突变检测法，对实时监测应力数据变化趋势进行识别，是否存在突变点，如果无突变点，则岩体失稳风险低，如果存在突变点，则得到应力趋势突变点，并对应力趋势突变点与实时监测应力数据变化趋势，进行拟合，得到拟合曲线的倾角，对拟合曲线的倾角的大小进行判定，得到岩体失稳的风险的概率。本申请实现了准确获取岩体应力的变化趋势，并准确对岩体失稳进行预警。

技术领域

本申请涉及矿山岩体安全领域，尤其涉及一种基于应力监测数据变化的岩体失稳预警方法及系统。

背景技术

随着地表浅部矿产资源的日益枯竭，矿山开采深度不断增大，开采伴随的风险也随之而来。不管是地下开采，还是露天开采，都需岩体失稳预警，岩体失稳预警是一种岩体在开挖，以及矿房或矿块开采过程中，随着回采工作面的推进，通过掌握岩体应力变化情况，从而达到地压管理、灾害预警目的的方法。

在预警中，应力监测是岩体监测中运用较多，并且较为成熟的一种技术手段，应力监测是一种采用监测仪器，对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，并在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。

而在应力监测中，监测者往往是通过应力变化趋势来判断岩体的稳定性，但在矿山开采中，岩体受力环境复杂，既面临着凿岩、机械震动等周期性、半周期性弱扰动的影响，又面临着爆破等无周期性强扰动影响，从而导致监测噪音复杂多变，通过常规的滑动平均、回归分析、傅里叶变换、小波变换等数据处理方法，难以准确地提取出应力的变化趋势，这也是限制应力监测智能预警实现的重要原因之一。

另外，通过设定阈值来判断岩体稳定性，也是应力监测常用的预警手段，而阈值的设定往往需要借助于详细地质物理调查、准确的力学模型以及监测者自身的经验，但是，岩体具有非均质性，且开采暴露情况也时时在变化，因此根据上述经验设定的阈值，不一定适用于当下实时应力监测，从而限制了阈值法在应力监测智能预警方面的效果。

发明内容

为了准确获取岩体应力的变化趋势以及准确对岩体失稳进行预警，本申请提供一种基于应力监测数据趋势变化的岩体失稳预警方法。

本申请第一方面提供一种基于应力监测数据变化的岩体失稳预警方法，所述基于应力监测数据变化的岩体失稳预警方法包括：

获取一个预警周期内矿山岩体的实时监测应力数据。

根据所述实时监测应力数据，确定干扰周期，所述干扰周期为周期性干扰源，导致实时应力监测数据出现多频率性的剧烈波动的周期。

根据所述实时监测应力数据和所述干扰周期，对所述实时监测应力数据进行分解和平滑，得到实时监测应力数据变化趋势。

根据所述实时应力监测数据变化趋势，通过Pettitt突变检测法，对实时监测应力数据变化趋势进行识别，是否存在突变点，如果无突变点，则岩体失稳风险低，如果存在突变点，则得到应力趋势突变点。

根据所述应力趋势突变点和实时监测应力数据变化趋势，对所述应力趋势突变点与实时监测应力数据变化趋势，进行拟合，得到拟合曲线的倾角。

根据所述拟合曲线的倾角，对拟合曲线的倾角的大小进行判定，得到岩体失稳的风险的大小。

可选的，所述确定干扰周期的步骤，采用自相关法来确定干扰周期。

可选的，所述自相关法采用自相关系数模型，计算实时监测应力数据X(t)的自相关系数，得到实时监测应力数据的干扰周期，所述自相关系数模型为：