煤矿采掘工作面发生冲击地压的突变理论研究

根据煤层冲击地压的非稳定性问题,建立了煤层冲击地压的力学模型,采用现代非线性科学的突变理论,对煤层变形失稳及冲击地压进行了突变理论分析,得出了煤层冲击地压发生的条件以及冲击地压发生时煤层变形的突跳量和所释放出来的能量表达式,其研究成果深化了对煤岩失稳和冲击地压发生机制的认识.     

回采工作面发生冲击与突出耦合危险的尖点突变模型研究

高瓦斯矿井进入深部开采后,回采工作面容易诱发冲击矿压与突出复合型灾害,对采矿安全构成重大威胁。通过分析采煤活动过程中回采工作面应力分布状况,运用尖点突变理论建立了冲击与突出耦合尖点突变模型,并分析了灾害发生后的能量释放大小及其主要影响因素,加深对了冲击矿压与突出耦合规律的认识,对于有效地预防复合型矿井灾害发生具有重要意义。     

围岩振动诱发冲击地压机制

采用非线性振动方程描述了结构受围岩振动的运动规律，建立了振动诱发冲击地压的尖点突变模型。指出当围岩的振动在一定的频带和力幅范围内，会引起结构位移的突跳，从而诱发冲击地压。     

围岩振动诱发冲击地压机制

采用非线性振动方程描述了结构受围岩振动的运动规律，建立了振动诱发冲击地压的尖点突变模型。指出当围岩的振动在一定的频带和力幅范围内，会引起结构位移的突跳，从而诱发冲击地压。     

矿井冲击地压发生机理及简化力学模型

 以煤矿主要动力灾害之一的冲击地压为研究对象,通过对其特点及易于发生冲击地压区域特点的分析,认为易于发生冲击地压的区域普遍存在应力集中现象,将之划分为三个区域。认为存在的不均衡应力集中和采矿工作产生的扰动是冲击地压启动的条件,而造成煤岩变形局部化的内因主要是应力集中的不均衡性;不均衡的应力集中导致的煤岩体内弹性能的集聚为冲击地压的发生提供了能量;弹性能释放的逐渐衰竭和处于原岩应力状态的应力平衡特性,导致了冲击地压的停止;提出了一种简化的冲击地压力学模型,运用该模型可以解释冲击地压的发生、发展、停止及其造成的煤岩变形局部化等特点。     

采掘工作面冲击地压防治

为了能够更好地防治冲击地压,通过分析现有防治冲击地压的技术方法,提出了集束卸压孔防治冲击地压的方法.在巷道周围或工作面顶底板附近,打集束卸压孔,大量取出岩煤,在垂直钻孔的围岩断面上形成一个呈多孔状的弱面,在空间中形成一系列空岩管覆盖或围绕在一定距离的巷道周围或工作面顶底板中.当集中应力作用于巷道围岩时,首先破坏该弱面结构消耗能量,破坏后的该弱面会中断或减弱应力传递,并导致应力集中区向两侧深部岩体转移(采空区或较安全位置),保护巷道不产生或减少两帮挤进和底鼓.当发生地压冲击时,集中应力主要作用于两侧深部煤岩体,从而保护采掘巷道和局部工作面,确保人员设备安全与生产连续进行.     

基于尖点突变模型的矿柱失稳机理研究

采用突变理论建立了金矿矿柱失稳的一个尖点突变模型,并据此对矿柱失稳破坏发生机理进行了分析．基于定态曲面方程和分支曲线方程,分别求得矿柱应力强度比Fq和临界破坏宽度rp1．研究表明：当Fq〉1或rpz〉rp1时,矿柱会发生失稳;当Fq〈1或rpz〈rp1时,矿柱不会发生失稳;而在控制平面尖点曲线内右分支曲线附近,矿柱破坏宽度rpz微小的增量,就可能导致矿柱由不失稳状态突变为失稳状态．实例分析表明：该模型用于描述矿柱应力强度比的发展规律是恰当的,用其进行矿柱失稳预测也是较准确的．     

用突变理论预测地下采场冲击地压发生的可能性

冲击地压是地下采场中破坏最为严重的一种地压现象，本文试用突变理论对冲击地压发生的可能性进行预测，结合两市镇石膏矿现场实例进行分析，取得了良好的效果。预测结果表明，该矿采场不会发生冲击地压，采用的采矿工艺是可行的。     

冲击地压危险性综合评价的突变级数法研究

基于突变理论和模糊数学相结合的突变级数法,提出了冲击地压危险性评价的新指标—突变级数;通过综合考虑冲击地压危险性影响因素,建立了新的冲击地压危险性评价模型;在对各影响要素进行了无量纲化和归一化处理的基础上,利用煤矿现场数据对模型进行了样本学习,确定了不同冲击危险等级的突变级数,并结合已有数据对模型进行了验证.将评价模型应用于工程实例,并与其它主要评价方法比对,结果表明:该方法评判结果准确,精度较高,具有良好的实用价值.     

掘进工作面发生冲击地压原因探讨

通过对23130掘进工作面连续发生两次冲击地压事故,对冲击地压发生的的特征进行了总结,对发生的原因进行了分析,总结了巷道掘进防治冲击地压发生的措施。     

基于尖点突变理论的大团山矿床盘区顶板-矿柱稳定性分析

铜陵冬瓜山铜矿的大团山矿床-580m水平以上主要采用盘区回采的方式进行采矿。为安全高效回采大盘区之间经济效益相当可观的矿柱资源,需要对盘区矿柱回收方案的安全性进行论证。本文尝试将尖点突变模型与大团山矿床的具体条件相结合,研究盘区顶板-矿柱系统的稳定性,为大团山矿床的矿柱回采方案评价探索了实用的评估技术。     

基于尖点突变理论的大团山矿床盘区顶板-矿柱稳定性分析

铜陵冬瓜山铜矿的大团山矿床-580m水平以上主要采用盘区回采的方式进行采矿。为安全高效回采大盘区之间经济效益相当可观的矿柱资源,需要对盘区矿柱回收方案的安全性进行论证。本文尝试将尖点突变模型与大团山矿床的具体条件相结合,研究盘区顶板-矿柱系统的稳定性,为大团山矿床的矿柱回采方案评价探索了实用的评估技术。     

基于尖点突变模型的临时矿壁系统失稳机制及矿壁厚度优化

针对临时矿壁系统失稳这一无间柱连续开采面临的重要问题,基于临时矿壁结构的稳定性力学模型研究,应用尖点突变理论分析了矿壁结构失稳的力学机制,得到矿壁屈曲失稳的尖点突变方程,获得矿壁失稳破坏的充分条件和必要条件。在此基础上,推导出矿壁失稳的极限厚度值的计算方法及其影响因素,并提出减小矿壁厚度、提高矿壁稳定性的3种控制措施。以安徽凤凰山铜矿工程为实例,其矿壁厚度的理论计算值应大于5.061 m,并进行了工业验证,实际生产中适宜的厚度值为5.5 m。工业应用结果表明,将尖点突变模型运用到临时矿壁系统中进行稳定性分析和参数设计计算是合理可行的。     

采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理

根据断层滑移失稳与煤岩冲击矿压的关系,建立了断层滑移诱发煤岩冲击的黏滑-黏弹脆性体突变模型。以山东济三煤矿6303工作面地质资料为背景,采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对顶板运动的影响。研究结果表明：断层滑移诱发煤岩冲击分为两种力学机制,一是在断层活动条件下“断层滑移失稳动态诱发冲击矿压机理”;二是在断层相对稳定条件下“断层滑移稳态诱发冲击矿压机理”。断层滑移失稳动态诱发冲击矿压与断层滑移稳态诱发冲击矿压相比,更容易发生冲击矿压,且释放能量更多。断层滑移速度与工作面推进速度、工作面距断层距离、断层面力学性质、断层正压力和开采深度有关。工作面无论是由断层下盘还是由断层上盘向断层推进,工作面距断层越近,断层滑移量、滑移速度越大。工作面由断层下盘向断层推进时断层滑移量、滑移速度远大于工作面由上盘向断层推进时的,发生断层冲击矿压的危险性就越高。     

尖点突变理论在顶板突水规律研究中的应用

以大佛寺煤矿工程为背景,运用关键层理论与尖点突变理论分析了采场顶板透水的发生机理,认为基岩关键层突发性破断失稳是顶板突水的诱因。通过建立基岩关键层破断力学模型,得到了表征断裂过程的势函数,定性解释了顶板突水机理,定量得到了基岩关键层极限跨距及顶板突水的充分必要条件。最后与固体相似模拟实验结果对比分析,说明应用突变理论分析顶板突水机理是可行的。     

基于尖点突变模型巷道层状围岩失稳机制及判据研究

巷道顶部围岩受力系统是高度非线性的复杂大系统,尤其是层状围岩的突变失稳问题更是目前实际工程中的难点和科学研究的重点。在基于层状围岩稳定性地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩突变失稳破坏过程中的能量转化发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据,揭示围岩的稳定性主要由外力(P,q),岩体的弹性模量(E),容重(γ_c),层间极限剪应力(p_t)以及几何形态(l,h)控制,并提出了防护建议。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据预测分析结果与实际情况相符合。     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。     

基于尖点突变理论的巷道开挖围岩稳定性及支护研究

针对矿山在巷道掘进过程中极易发生失稳破坏问题,以川南某矿巷道为工程背景,通过FLAC3D软件分析开挖过程中围岩稳定性变化规律,监测关键点位移变化情况,将监测位移与尖点突变理论结合,建立巷道围岩稳定性判定的数学模型.结果表明:随着开挖顶板、底板和两帮会逐渐发生失稳变形,在开挖到第7步时发生突变围岩破坏,结合同一层位回风巷...     

尖点突变理论在云南某铁矿巷道失稳判据的应用

针对地下矿山在开采过程中,深部巷道围岩稳定控制问题,以云南某自走铁矿1 430 m中段开采巷道为工程背景,基于尖点突变理论,提出构建位移-时间势函数的方法,对矿山现场位移监测数据进行多项式拟合得到势函数突变特征值,并根据特征值正负判断监测点巷道稳定性。利用FLAC3D数值模拟手段对理论计算的准确性进行验证分析。结果表明：基于位移-时间的尖点突变失稳模型能够较为准确地判断巷道围岩的稳定性。     

块段式开采区段煤柱突变失稳机理研究

长壁开采后遗留了大量的不规则块段,回收这部分煤炭资源主要是通过以连续采煤机为主的短壁块段式开采。区段保护煤柱的稳定与否是不规则块段安全开采的关键。根据同煤集团某矿2-2上煤层的地质条件,运用突变理论分析了煤柱失稳机理,推导出区段煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱屈服区宽度大于煤柱总宽度的86%,数值模拟计算结果验证了该结论,并直观地模拟了煤柱与采场变形破坏的动态演化过程。通过在该矿区段煤柱的应用实施,煤柱不发生突变失稳的理论计算结果为其塑性区宽度不得大于12.9 m,现场钻孔窥视实测结果验证了该结论。