CRISR学术报告之一：岩石损伤破坏机理与矿山灾害监测预警平台

在国家重点研发计划项目“金属非金属矿山重大灾害致灾机理及防控技术研究”第七课题“基于云计算的矿山多灾种耦合风险监测预警平台”（课题编号2016YFC0801607）的资助下，东北大学采矿工程系岩石破裂与失稳研究所（CRISR）课题组以实现金属矿山采动灾害预测预警和科学防控为最终目标，在采动岩体损伤机理、矿山灾害监测预警指标体系等应用基础研究基础上，提出了现场监测与数值模拟相结合的矿山采动灾害风险监测预警方法，并研发了金属矿山灾害风险监测预警云平台。

该平台以岩石力学理论为基础，利用物联网、云计算、大数据、虚拟现实等技术，实现金属矿山采动灾害风险的监测、预测及预警，为金属矿山安全开采提供技术保障。

如图1所示，平台底层架构主要包括用于提供软硬件资源的基础资源层、用于获取矿山环境及实时监测等数据的数据采集层、用于多途径实时传输、清洗数据的数据传输层、用于接收并按需转存数据的数据存储层、用于监测数据挖掘及数值模拟的数据处理层、用于展示实时监测数据、数据挖掘及数值模拟结果的应用展示层以及用于发布预警消息的灾害预警层。

图1 矿山采动灾害风险监测预警云平台架构^[29]

（1） 矿山3D建模与虚拟现实：采用钻孔结构面识别、岩体结构面统计、无人机倾斜摄影测量等方法，实现矿山结构面由表及里的获取，并建立几何及数值模型，在此基础上，借助于Unity3D及SuperMap等软件，实现矿山虚拟现实场景的构建。

图2 矿山三维虚拟现实场景构

（2） 监测数据获取与挖掘：采用TCP、HTTP等传输协议，搭建低时延数据传输服务，实现矿山多源异构监测数据的实时获取，利用MySQL数据库对监测数据进行动态管理，借助百度Echart组件对监测数据进行可视化展示，并结合聚类、支持向量机、深度学习等算法对历史监测数据变化规律进行挖掘。

（3） 亿级自由度数值模拟预测：开发了一种复杂岩体亿级自由度结构化六面体网格参数化建模方法，并针对RFPA、Flac3D、COMSOL等不同数值模拟软件，设计接口实现结果导出，并利用三角网顶点着色方式，实现模拟结果在SuperMap/Unity3D中复现。

图4 亿级自由度数值模拟分析

（4） 灾害风险模糊综合评价：采用JAVA-MATLAB混合编程的方式，在云端搭建矿山地质灾害监测预测预警算法库系统，并集成Mathew稳定图表法、模糊综合评价法进行岩体稳定性评价；集成关联规则挖掘、支持向量机等方法，基于监测数据进行变形预测，在此基础上实现对灾害风险的预测及评价。

图5 基于算法库的历史数据挖掘

（5） 灾害预警与警情发布：在现场监测和数值模拟相结合的灾害预测预警方法基础上，通过预警平台、短信、邮件及广播等渠道对灾害信息进行发布，让用户及时得知潜在风险情况，切实保障生产工作的安全高效开展。

图6 灾害预警信息发送

参考文献

申请专利及软著（14项）

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期刊论文（共计17篇）

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