PNN-based Rockburst Prediction Model and Its Applications

Modelo de predicción de fractura de rocas basado en una red neuronal probabilística y sus aplicaciones

El fracturamiento o explosión de rocas es uno de los principales problemas en ingeniería geológica que amenaza significativamente la seguridad de una construcción. La predicción del fracturamiento de rocas es importante para la seguridad de los trabajadores y el equipamiento en túneles. En este artículo se propone un nuevo modelo de predicción de fracturamiento de rocas basado en una red neuronal probabilística (PNN por sus siglas en inglés) para determinar la posible ocurrencia e intensidad de uno de estos eventos en proyectos subterráneos. La PNN se desarrolló con base en un criterio Bayesiano para la clasificación multivariada de patrones. Debido a que la PNN tiene las ventajas de una menor complejidad de adiestramiento, estabilidad, rápida convergencia y simplicidad en su construcción, se puede adecuar en la predicción del fracturamiento de rocas. Algunos factores principales de control, como la fuerza máxima tangencial de rocas, la resistencia de compresión uniaxial, la fuerza de tensión uniaxial, y el índice de energía elástica de las rocas fueron escogidos como los vectores característicos de la PNN. El modelo se obtuvo a través del adiestramiento de datos sobre fracturamiento de rocas en proyectos subterráneos en diferentes localidades. Otras datos también se analizaron con el modelo. Los resultados de la evaluación se ajustan a los registros observados. Simultáneamente, se utilizaron dos aplicaciones prácticas para verificar el método propuesto. Los resultados de la predicción son similares a los de métodos existentes, un factor que además se presentó en las pruebas de campo, lo que demuestra la efectividad y la aplicabilidad de la metodología propuesta.

1. INTRODUCCIÓN

Un estallido de roca es una expulsión repentina y violenta de la roca de la masa rocosa circundante. El estallido de rocas se considera un fenómeno de inestabilidad dinámica de la masa rocosa circundante del espacio no subterráneo en alta tensión geoestática y causado por la liberación violenta de la energía de deformación almacenada en la masa rocosa. El estallido de rocas se produce durante la excavación del espacio subterráneo en forma de una franja de rodajas de roca o de un desprendimiento de fragmentos de roca, a veces acompañado de un sonido de grieta. Los estallidos de roca están relacionados con la fractura de la roca en el lugar y requieren dos condiciones para que se produzcan: una tensión en la masa rocosa lo suficientemente alta como para superar su resistencia, y unas características físicas de la roca que le permitan almacenar energía hasta el valor umbral para la ruptura repentina. Las rocas que ceden gradualmente en tensión plástica bajo carga no suelen generar estallidos de roca. La probabilidad de que se produzcan estallidos de roca aumenta a medida que aumenta la profundidad de la mina. Los estallidos de roca también se ven afectados por el tamaño de la excavación, siendo más probables si el tamaño de la excavación es de unos 180 m o más. La sismicidad inducida, como los métodos de extracción defectuosos, puede desencadenar estallidos de roca. Otras causas de estallido de rocas son la presencia de fallas, diques o juntas (Dong et al., 2013).