基于尖点突变模型的煤层底板突水 危险性评价

煤矿突水事故是制约煤炭开采的重要因素之一,准确预测煤矿突水对指导煤矿安全开采具有重要意义.煤层在开采后,当底板承受的水压超过自身强度时,会发生不连续突变,即煤层底板岩层失稳破坏形成底板突水,其破坏模式为一种突变现象,符合突变理论中的尖点突变理论的描述,利用突变模型对煤层底板突水进行预测具有可行性.本文结合典型工程案例,选取单位水压岩层底板厚度和底板导水因子作为控制变量,通过求解状态变量实现了煤层底板突水危险性评价,在此基础上,将基于突变模型的煤层底板突水危险性评价结果和传统突水系数法的评价结果进行了对比,证明了突变模型评价过程更加符合突水发生机理且评价结果更加准确.     

突变理论及其在采矿工程中的应用

突变理论是一种能够处理非线形、不连续且无需考虑内部机理的全新思想方法,特别适用于系统复杂、初始条件不确定的采矿工程.较为详细的阐述了突变理论的基本原理、初等突变模型;推导了尖点突变模型相关公式,及其在煤矿底板突水预测和深部巷道围岩失稳突变分析的应用.     

滑塌式危岩尖点突变模型研究

通过建立滑塌式危岩地质力学模型,应用尖点突变理论综合考虑了影响危岩体稳定性的内外因素,并建立了尖点突变力学模型,分析了各因素对危岩体稳定性的影响,推导出危岩失稳崩塌的力学判据.经万州太白岩W12危岩体计算分析,比较了传统刚性极限平衡法的不足,验证了应用尖点突变理论分析各种复杂影响因素的危岩时,可得到比刚性极限平衡法更好的结果.     

基于固支梁理论的煤层底板突水破坏机制分析

我国煤层底板隔水层的厚度不一,部分煤层开采底板隔水层厚度巨大,不符合弹性薄板理论的适用条件.故文章采用弹性力学固支梁理论建立任意一点应力计算模型,推导承压水作用下底板隔水层的应力解,根据皖北煤电集团某矿采煤工作面底板隔水层力学特性,并结合FLAC3D软件分析底板隔水层应力分布和底板突水破坏机制.研究表明:底板隔水层的极限水压力与隔水层厚度成正比;当隔水层厚度h与开采工作面跨度b满足h/b≤0.7,隔水层发生弯拉破坏;当h/b≥0.7时,隔水层发压剪破坏.此研究成果为分析底板突水破坏提供理论参考.     

对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析

根据材料力学理论,建立顶板-人工矿柱协同作用力学模型;通过分析组合结构的变形协调机制,推导人工矿柱压缩量关系式;基于突变理论,构建人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,导出失稳的充要条件力学判据表达式。研究结果表明:人工矿柱突发失稳与刚度比k、介质均匀性系数m具有密切相关性;改变人工矿柱的力学参数和几何参数,可在一定程度上调控顶板的稳定性,这可为采空区应力环境再造和人工矿柱的科学设计提供基本力学依据。     

单轴压缩下岩石失稳破裂的突跳

针对在非刚性加载条件下岩石破裂过程的非稳定性，用尖点突变模型研究其系统的失稳机制，采用ＨＰ．７０９０Ａ绘图测试系统实际测出了岩石试样在失稳破裂时载荷，位移的突跳特征；证实了系统失稳的阶段性；验证了突变理论应用于岩石失稳破裂的可靠性。     

无断层底板关键层破断后的稳定性和突水分析

本文以无断层的关键层为研究对象,根据承压水体上采动底板的关键层破断后呈＂O—X＂形式,将工作面中部底板简化为三铰拱形式。在力学分析基础上建立无断层的关键层发生回转失稳的条件,由此得到失稳判据。     

高水压底板突水通道形成与演化过程

基于对高承压水、岩层性质诱发底板突水机制的认识,针对高承压水上采煤的岩体力学模型,应用FLAC3D数值分析软件分析了高水压影响下采场底板随工作面推进的突水通道形成与动态演化过程。通过对不同底板水压和隔水层的模拟,验证了在应力场和渗流场耦合条件下底板破坏过程和突水通道形成演化规律,数值分析结果表明:底板突水通道的形成过程也是底板破坏的过程,是应力场与渗流场耦合条件下共同作用的结果,突水通道的形成与演化过程受水压、隔水层性质等因素影响,水压大、隔水层岩性较差、工作面推进距离大,则有利于通道形成与演化。     

深部采煤底板岩层抗突水能力研究

目前深部采煤已经成为我国煤矿开采必然方向之一,下伏高压岩溶水突出是深部采煤的最大威胁,我国在多年生产实践中,发展、应用了多种理论和模型对底板岩层抗突水能力进行研究。本文总结我国在煤矿底板突水防治中的实践经验,借鉴国内外在岩石力学、地质力学等领域的研究成果,综合分析深部采煤底板突水的影响因素,抓住以往研究中经常被忽视的地应力和岩层组合特征等因素,讨论不同底板环境下,组合岩层对下伏承压水的抵抗能力,为深部采煤底板突水防治依据指明了调查方向,避免勘探、设防等的盲目性。     

煤层突出的突变模式

根据突变理论建立了煤层突出的尖点型突变模型，直观地刻划出煤体自由表面处发生的渐近变形破坏和冲击失稳破坏等工程现象。     

关键层理论在保水开采中的应用

在绿色开采思想的指导下,对关键层理论在保水开采中的应用进行了分析。通过算例讨论了三者的关系并分析了岩层变形一渗流耦合系统的复杂性特征,提出应用复杂系统动力学理论解释突水机制的初步设想。研究表明,在承载关键层破断前,承载关键层同时也是保水关键层;在承载关键层破断后,不再具有隔水作用,而保水关键层此时由渗流关键层充当;如果承载关键层破断,并且渗流关键层不存在,则会发生突水现象。岩层变形一渗流耦合动力学系统是具有时变边界、非线性、非均匀性和非连续性等特征的复杂系统。将复杂系统动力学引入突水防治理论研究,可以从本质上描述突水的过程。     

基于突变理论的交通抢险队应急能力评价方法研究

通过分析交通抢险队应急能力的影响因素,参照应急管理的三阶段模型建立了评价指标体系;基于尖点突变模型、燕尾突变模型和蝴蝶突变模型,提出了交通抢险队应急能力评价的突变评价方法;进行实例分析并与AHP-模糊综合评价模型的评价结果比较,验证了这种评价方法的可行性。     

采场底板"四带"划分理论在底板突水评价中的应用

基于断裂力学理论、矿山压力控制理论和开采煤层底板“四带”划分理论,推导了煤矿工作面底板破坏深度计算公式,应用突水系数法,评价了新汶矿业集团良庄煤矿51302工作面底板突水的可能性,结果表明该工作面开采13煤层产生底板突水的可能性很大。     

煤与瓦斯突出的突变学分析

运用突变学理论对煤矿生产中严重的灾害煤与瓦斯突出的突出机理和突出条件进行了定性分析。通过建立煤与瓦斯突出的尖点突变模型,较为直观的对突出的孕育过程和突出过程作出了系统的理论分析,得出了瓦斯突出启动的突变机制和突变条件,从而为煤与瓦斯突出灾害预测与防止提供了新的理论依据。     

渗流随机有限元程序设计及煤层顶板涌水预测

基于随机有限元理论和渗流力学原理,通过推导渗流随机有限元列式,得到随机渗流单元水导矩阵,将可靠度计算引入采动岩体随机渗流之中.根据渗流随机有限元列式编写出可用于岩层渗流计算的随机有限元程序,并对俄霍布拉克煤矿的实际渗流问题进行了数值计算.结果表明,程序计算较好地反映了实际岩层的渗流特性;保护关键层和防水层对预防矿井的顶板突水具有重要作用.计算结果可为俄霍布拉克的开采提供合理化建议,也为随机有限元在渗流方面的深入研究提供依据.     

新集二矿1煤底板灰岩突水机理研究及对策

本文在对新集二矿l煤层首采面开采断层突水机理及底板破坏突水机理进行分析的基础上，采用断层最大突水量预计模型和建立底板呆动破坏力学数值模型进行模拟，对工作面开采涌水量进行预计，并提出防治水对策。     

煤与瓦斯突出过程的突变分析

为了揭示出煤与瓦斯突出的机理，运用非线性理论的重要分支一突变学理论对煤矿煤与瓦斯突出的机理和突出条件进行了定性分析。考察了有可能发生煤与瓦斯突出的煤岩系统的内在动力特征，通过建立煤与瓦斯突出的尖点突变模型，较为直观的对突出的孕育和突出过程做出了系统理论分析，得出了瓦斯突出起动的突变机制和条件，从而为煤与瓦斯突出灾害预测与防止提供了新的理论依据。     

陷落柱概化模式及突水力学判据

按照与采面或者巷道的位置关系,将陷落柱突水模式分为顶底部突水模式和侧壁突水模式2种模式,以及薄板理论子模式、剪切破坏理论子模式、厚壁筒突水子模式和压裂突水子模式等4种子模式. 薄板理论子模式适用于筒盖关键层完整且厚度较小的情况,突水判据为极限弯矩;剪切破坏理论子模式应用条件为筒盖关键层厚度较大,突水判据为二次抛物线方程;厚壁圆筒破坏的弹性极限压力因屈服经验准则不同而有所差异,但均与岩层强度成正比;压裂突水子模式描述的是地下水通过压裂与其他固有构造导通而发生突水,临界破裂压力可以借鉴水压裂的计算公式. 由突水案例的分析计算表明,突水模式及突水判据简单易行,切合实际,且有足够的准确性.     

矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析

随着煤炭资源开采深度加大,带压开采已经成为我国深部矿井普遍应用的一种采煤方法,这样面临的煤层底板突水问题变得更加集中。突水系数理论作为评价带压开采煤层底板突水危险性的主要依据,因矿山压力导致煤层底板破坏深度的确定对得出可靠的突水系数值显得尤为重要。本文根据城郊煤矿的开采实践,利用F-RFPA2D软件对煤层底板破坏深度进行数值模拟分析,动态再现煤层底板破坏过程,并得出在不同矿山压力过程中对煤层底板的破坏深度。     

矿井突（涌）水预测及预警研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式,尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上,建立了广义三重介质流一固耦合模型,为突（涌）水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系,应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和智能判别技术,建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。