破碎岩体流固耦合渗流的分岔

利用承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验规律,对破碎岩体渗流动力系统进行了应力场与渗流场耦合的分岔行为研究.根据多孔介质的有效应力原理建立了含有孔隙度及孔隙压力等渗流物理量的应力场控制方程;考虑流体与固体骨架各自的运动速度,分别建立了流体非Darcy渗流的运动方程以及固体骨架和流体的连续性方程,推导出含有应力场体积应变的渗流场控制方程;得到了垮落破碎岩体由自然堆放状态过渡到压实状态时的弹性流固耦合一维非Darcy渗流的非线性动力学方程组,分析并求解了渗流系统的平衡态,利用逐次亚松弛迭代法分析了平衡态的稳定性,得到了无量纲化孔隙压力、渗流速度随参数变化的动力学响应,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔.在分岔点处任意微小的扰动易诱发渗流失稳,引发突水等动力学灾害.     

气体在煤层中渗流的稳定性分析

基于瓦斯突出本质在于气体在煤层中渗流失稳的假设,建立了气体渗流的一种非线性动力学模型,讨论了系统平衡态的存在性。用Chebyshev配点法将系统的控制方程简化成含12个相变量的常微分方程组,计算了系统的动力学响应,得到了系统失稳的条件。研究表明,由于气体的压缩性,煤层中气体非Dar-cy渗流系统平衡态的绝对压力的平方成线性分布;系统存在跨临界Hopf分岔和切分岔。     

气体在煤层中渗流的稳定性分析

基于瓦斯突出本质在于气体在煤层中渗流失稳的假设，建立了气体渗流的一种非线性动力学模型，讨论了系统平衡态的存在性。用Chebyshev配点法将系统的控制方程简化成含12个相变量的常微分方程组，计算了系统的动力学响应，得到了系统失稳的条件。研究表明，由于气体的压缩性，煤层中气体非Darcy渗流系统平衡态的绝对压力的平方成线性分布；系统存在跨临界Hopf分岔和切分岔。     

煤炭需求量增长率预测的非线性动力学模型

从非线性动力学观点出发，以煤炭需求量增长率的时间序列为基础，研究了其所蕴含的动力学特征；求解了该系统的相空间特征及其吸引子，建立了煤炭需求量增长率预测的非线性动力学模型，并采用ｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵给出了模型的时间尺度。     

Forchheimer型非Darcy渗流系统的滞后分岔

在对Forchheimer型非Darcy渗流系统的控制方程进行简化的基础上,分析了系统平衡态的存在性、稳定性及其跳跃,详细讨论了系统的滞后分岔.研究表明：当非Darcy流β因子由负变为正时,平衡态的一支可能失去稳定性,或者跳到另一支,系统发生滞后分岔;当系统的空参量和边界压力发生变化时,稳定的平衡态和不稳定的平衡态合为一个鞍结点,系统发生切分岔.     

回采工作面瓦斯涌出的复杂性及其度量

由于回采工作面瓦斯涌出直接影响着工作面通风的合理性、瓦斯灾害防治措施的有效性和高效生产的安全性,因此在对回采工作面瓦斯涌出时间序列观测数据分析的基础上,对其时间序列进行了关联维数的计算与分析.结果表明,回采工作面瓦斯涌出系统是具有某种复杂结构的非线性混沌系统,且存在混沌吸引子,要描述该系统至少需要用11个独立变量或11阶动力学方程.     

岩石渗流系统动力学响应及分析

煤矿突水和瓦斯突出是渗流系统失稳的表现 ,是由系统的非线性机制决定的复杂动力学行为。通过变换一个简单的线性变换 ,可将岩石孔隙非 Darcy渗流动力系统转化成一个不含控制参量的非线性微分动力系统。本文分别用分离变量法、行波法、相似变换法研究了这种系统的动力学响应。研究表明非 Darcy渗流动力系统的冲击波解存在同宿和异宿轨道 ,自相似方程存在奇异性     

煤炭需求量预测非线性动力学模型

突破传统分析方法，引入浑沌分析，对煤炭需求量演规律进行探索，以煤炭需求量时间序列数据为基础，从非线性动力学观点出发，研究其所蕴含的动力学特征。求解描述该系统的相空间特征及其吸了，建立煤炭需求量预测非线性动力学模型，采用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵分析给出煤炭需求量确定性预测的时间尺度。     

岩石渗流系统动力学响应及分析

煤矿突水和瓦斯突出是渗流系统失稳的表现，是由系统的非线性机制决定的复杂动力学行为。通过变换一个简单的线性变换，可将岩石孔隙非Darcy渗流动力系统转化成一个不含控制参量的非线性微分动力系统。本文分别用分离变量法、行波法、相似变换法研究了这种系统的动力学响应。研究表明非Darcy渗流动力系统的冲击波解存在同宿和异宿轨道，自相似方程存在奇异性。     

承载关键层、隔水关键层和渗流关键层关系初探

在分析岩层变形-渗流耦合系统的复杂性特征的基础上,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隔水关键层,但一般不是渗流关键层;在承载关键层破断后,承载关键层不再具有隔水作用,隔水作用最强的某一软弱岩层成为隔水关键层和渗流关键层;当渗流参量满足一定的条件,渗流发生Lyapunov意义下的失稳,引发突水;岩层变形-渗流耦合动力学系统是具有非连续性、非均匀性、非线性、控制参量时变和边界时变等特征的复杂系统.只有将承载关键层理论、隔水关键层理论和渗流关键层理论相互融合,并且将复杂系统动力学的思想和方法引入突水防治理论研究,才能从本质上描述突水的过程.     

基于CT三维重建煤骨架结构模型的渗流过程动态模拟研究

为了探究煤体微观结构中的渗流变化情况,以新疆大黄山气煤为研究对象,运用CT扫描和三维重建技术建立了含有孔裂隙的三维煤体骨架结构模型。在此基础上构建了一种能够反映动态渗流过程的流固耦合模型,并结合内置Navier-Stokes控制方程的ALE算法进行了渗流模拟。结果表明:渗流过程中,孔裂隙中每个点的流速都会存在一个速度峰值和稳定流速值;相较于裂隙结构,孔隙结构较差的连通性增大了其在模型前端的流体动能损耗,减缓了后续孔隙中流体的流动。初始流速影响了入水口处流速及流体密度的变化趋势,也改变了裂隙中速度峰值的变化规律,当初始流速值低于0.03 mm/s时,裂隙中速度峰值沿渗流方向呈现出"先增大后减小"的变化趋势,而当初始流速值大于0.03 mm/s时,速度峰值则沿着渗流方向逐渐减小。在低压力梯度条件下,孔裂隙的速度峰值与压力梯度之间存在非线性变化关系,而稳定流速值则随压力梯度的变化线性增大。研究成果为后续相关渗流影响因素的研究提供了一种新的思路。     

基于动力系统自忆性原理的地下工程围岩变形预测方法

将“动力系统自记忆原理”引入到地下工程围岩位移时间序列预测研究,以量测得到的围岩位移时序数据作为围岩非线性动力学演化模型的一个特解,采用双向差分原理反导出围岩位移非线性常微分方程。以此作为微分动力核,运用自记忆原理建立了地下工程围岩变形预测的自记忆模型、方法和预测程序。将该方法应用于广西铜坑锡矿505 m中段巷道和湖北水布垭电站尾水隧洞围岩位移预测,研究结果表明：围岩位移自记忆预测模型具有较高的预测精度,对不同地下工程围岩时序曲线形态具有较强的适用性。     

不同温度条件下煤中甲烷解吸特性的实验研究

实验研究了不同温度条件下煤中甲烷的解吸特性,结果表明:在相同温度和气压条件下,煤中甲烷的初始解吸速度较快,随着时间的增加,解吸速度慢慢减小,最后达到解吸平衡;煤中甲烷的最终解吸量随温度的增加而增大,煤对甲烷的吸附能力降低。甲烷的解吸动力学规律能用经验公式、扩散模型、渗流模型来描述,且扩散模型能较好地描述甲烷气体的解吸特性;经验公式中参数α、扩散模型与渗流模型中参数Qd∞随温度的增加而增大,扩散模型中参数B与渗流模型中参数b随温度的增加而减小,经验公式中参数β与温度变化无规律性。     

齿轮-轴系耦合系统动力学特性有限元分析

采用三维实体单元有限元法,建立了某齿轮-轴系耦合系统动力学有限元模型,计算了考虑齿轮啮合接触的齿轮系统的固有频率和模态,分析了内部激励作用下耦合系统的非线性动力响应,研究了耦合系统的位移、速度和加速度响应。结果表明,耦合系统的第1阶固有频率远高于齿轮传动系统的工作频率,耦合系统中出现了多阶派生耦合振型。功率频谱呈连续分布,转子系统呈现典型的非线性振动特征。系统位移的最大值出现在1阶固有频率附近,而速度和加速度的最大值出现在高阶固有频率附近。     

基于最大Lyapunov指数的冲击地压预测模型

冲击地压的拟合预测方法是对监测数据在未来一定时期的变化和走势规律进行预测,传统的数理统计预测模型把冲击地压监测序列认为是由于外在随机因素引起的,而冲击地压观测时序大多是一个貌似随机的非线性混沌序列,随机过程理论并不完全适合冲击地压时序的预测．最大Lyapunov指数作为量化动力系统对初始轨道的指数发散和估计系统的混沌量,是系统的一个很好的预报参数,本文在对观测序列相空间重构的基础上,基于最大Lyapunov指数对冲击地压工作面观测时序建立了预测模型,并与传统的数理统计预测方法进行了对比分析．通过对冲击危险区域的电磁辐射日平均值序列及顶板下沉速度序列等实例的预测运算和分析,得到冲击地压的最大Lyapunov指数预测模型达到了较高的预测精度,是完全可行的．     

渗流作用下地层冻结壁形成的模型试验研究

根据相似准则，建立了水渗流作用下两孔地层冻结模型试验台.根据两孔冻结正交模型设计和试验，研究了常规盐水冻结工艺中，地下水渗流、孔间距等对饱和砂冻结交圈时间和上下游温度场发展的影响.研究表明，渗流速度从水平2（模型渗流速度0.7 m/h）增至3水平（模型渗流速度1.0 m/d）时，冻结壁交圈时间急速增加，且水流速度是影响冻结壁上游厚度的主要因素，而缩小冻结孔间距是抑制水流对交圈时间影响的最有效手段.     

钻进过程中孔壁瓦斯涌出规律研究

出于预测煤巷煤与瓦斯突出危险性的连续流量法研究的需要,以Darcy渗透定律为基础,分析了钻进过程中孔壁瓦斯动态涌出的特点,并在一定的简化和假设条件下,以FLAC3D为工具,建立了孔壁瓦斯动态涌出的Mohr-Coulomb圆柱体渗流模型。研究结果表明:孔壁瓦斯涌出速度随钻进深度的增加而增大,停钻瞬间达到最大;孔壁累计瓦斯涌出量也随钻进深度的增加持续增大。     

采动影响下工作面深孔注水非线性渗流规律

针对采煤工作面深孔注水渗流理论方面仍存在不足,在分析了工作面应力分布状态及其对煤层注水特性影响的基础上,基于渗流力学理论对煤层注水非线性渗流方程进行简化与求解,通过分析其解的特性研究了注水压头、渗流速度、注水流量等的时空演化规律,并通过工作面注水实例对本文所得理论进行了验证。研究结果表明：深孔注水区域内的煤体处于卸载破坏区,该区域内的注水过程属于渗流层流,沿钻孔径向方向上的水力压头具有余误差函数特性,其渗流边界的扩展速度及钻孔注水流量均随时间逐渐减小;而沿钻孔深度方向上,随着煤体的渗透率的逐渐降低,钻孔周边的渗流速度逐渐减小,煤体的润湿程度也逐渐降低。     

采空区稳态流场及温度场的数学模型

对采空区中气体流动的复杂情况进行了适当简化,建立了三维采空区内混合气体非线性渗流方程,并给出三种不同的边界条件,根据所得到的速度场,建立了采空区温度场的数学模型,为实现采空区三维稳态流场及温度场的计算机模拟提供了理论基础。