承压水底板关键层失稳的尖点突变模型

根据煤矿长壁工作面的布置以及底板突水的可能性分析，提出了底板关键层的力学模型；在此基础上，应用突变理论的方法，对底板关键层的力学模型进行分析，推导出了关键层系统的总势能函数表达式，建立了底板关键层的尖角（ＣＵＳＰ）型突变模型。根据这一模型分析了承压水底板关键层失稳的力学机制，得到的结论符合实际情况，为研究煤矿底板突水机制引入了一种新的理论分析方法。     

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。     

关键层突变破断的冲击能诱发离层突水机理研究

覆岩的离层突水水害逐渐成为了一种主要水害,使得离层突水机理研究成为了亟需解决的难题,为了弄清离层突水过程,研究离层突水机理这一关键问题,以突变理论、结构力学及材料力学等理论为基础,通过覆岩离层中的关键层的受力分析,建立了离层关键层的力学模型;以能量分析为出发点,求得了离层关键层的总势能函数表达式;以力学平衡为前提,构建了用能量来表达的离层关键层发生破断的尖点突变模型,并计算了离层关键层破断后释放的冲击能;从能量守恒及离层下伏软岩隔水层的力学性质分析出发,提出了软弱隔水层吸收关键层破断释放的冲击能后,发生"压裂"和"劈裂"2种离层水突涌模式,并预测了工作面发生离层突水的位置。最后,以郭家河煤矿特厚煤层3煤的离层突水为例,在充分分析地质条件及水文地质条件的基础上,凭借现场实测、室内试验、理论分析等多种手段,对文中提出的离层突水机理进行了应用。研究结果表明:离层关键层的突然破断是一种能量跃迁方式,可用尖点突变模型来解释;提出的导水裂隙带范围内"压裂"和"劈裂"2种突水模式能预测离层突水位置;离层突水预测位置与实际发生的离层突水位置基本一致。     

水平构造应力对煤层底板突水的影响分析

分析了具有水平构造应力的煤矿底板失稳破坏发生突水的力学模型,建立了底板突水的突变模型.应用尖点突变原理分析了承压水底板隔水层失稳突水的力学机制.当满足隔水层失稳的充要力学条件时,承压水底板有可能发生失稳突水.并据此得出发生失稳时煤层底板所承受的最大水压力与底板各参数之间的关系,为煤矿底板突水的机理与防治提供了理论依据.     

外载扰动诱发灾害发生的突变机理及其非线性动力特征

基于突水灾害类型和突水灾变模式的系统分析,提出防突关键体概念,建立防突关键层与关键块的力学模型,外力扰动则简化为平面应力波,建立防突关键层失稳与动荷载诱发岩块失稳突水的突变模型,并基于系统能量的平衡分析获得局部突变的分岔集,导出了突水(泥)的失稳判据,发现不但取决于防突结构的几何尺寸、材料性质、水压等因素,还与外荷载的强度和频率有很大关系。基于动载动力特性的数值分析,研究了不同动载振幅、频率对最小防突关键体厚度的影响,进而提出"小进尺、弱爆破"等预防突水灾害的防治措施。     

煤层底板富水承压溶洞突水力学模型构建及突水判据研究

西南地区是我国南方重要的煤炭生产基地,由于喀斯特地貌分布广泛,岩溶发育强烈,该地区主采的二叠系煤层底板茅口组灰岩中常见充水性溶洞,煤矿开采过程中一旦遇到隐伏富水承压溶洞,在采动和承压水双重作用下,极易导致煤层底板隔水岩体失稳破坏产生突水灾害,对煤矿的安全开采造成严重威胁。为研究煤层底板富水承压溶洞突水灾害发生时的地质控制因素及隔水岩体失稳破坏的力学行为,有效保障煤矿安全开采,基于西南岩溶地区溶洞的形态特点、隔水岩体的受力特征,将溶洞顶板简化为圆形断面,将溶洞与煤层之间的隔水岩体简化为由无数积分薄圆板构成的圆锥台体,建立了煤层底板富水承压溶洞突水力学模型。运用突变理论中的尖点突变模型对力学模型进行解析,结合弹性力学理论,得出了系统变形失稳的标准势函数表达式,进而研究了系统的临界稳定状态,推导了煤层底板富水承压溶洞突水的力学判据。研究表明：隔水岩体失稳破坏进而引发富水承压溶洞突水的地质因素主要由隔水岩体的厚度、弹性模量、泊松比及溶洞的尺寸和水压等控制,且当隔水岩体厚度、弹性模量和泊松比越小,溶洞尺寸和水压越大时,越容易发生突水灾害。研究成果可以为煤层底板溶洞突水现象的解释和防治提供科学依据...     

关键层理论在采场底板突水危险性评价中的应用

基于岩层控制中的关键层理论,采用砌体梁理论对底板关键层破断块体的稳定性进行了分析,从而对采场底板突水危险性做出评价。结果表明,底板关键层破断岩块的高长比越小,其形成的砌体梁结构抗滑落失稳的能力越大;关键层破断后互相咬合中间上浮量达△时,就形成了岩块结构的变形失稳。所以根据底板关键层破断岩块的高长比及岩块间咬合中间上浮量,可以判断采场底板突水的危险性。     

突变理论在开采沉陷中应用

本文应用突变理论对采动覆岩中存在的关键层力学模型进行了分析，并建立尖点突变模型导出了系统势能表达式。定量地分析了关键层失稳时的下沉量以及关键层的失稳条件，具有工程应用价值。     

无断层底板关键层破断后的稳定性分析

承压水体上采煤的关键问题在于底板突水机理的分析与预测.当底板关键层受采动影响而发生破断后其是否导致突水,基本的落脚点在于破断后的底板关键层是否将发生回转失稳.基于此,通过对采动底板关键层破断后呈现的形式分析,以无断层的底板关键层为研究对象,将工作面中部底板简化为三铰拱形式,在对三铰拱力学分析的基础上导出三铰拱的极限平衡关系;基于三铰拱极限平衡状态被破坏后工作面中部底板关键层发生回转失稳的力学机理,建立了无断层的底板关键层发生回转失稳的条件,并由此得到无断层底板关键层的失稳判据.     

基于采动和承压水作用下断层突水关键路径的力学分析

 断层突水是煤矿典型的动力灾害,是煤岩体在采动和承压水共同作用下失稳破坏过程。论文针对导水断层缩短了煤层和含水层距离特点,建立了断层突水的关键路径力学模型。将极限平衡理论和尖点突变理论引入断层突水分析,建立了承压水及采动影响下断层突水关键部位失稳破坏模型,获得了断层突水的力学判据,以及防突煤柱预留临界宽度。同时分析了断层参数、煤柱参数对突水条件的影响规律     

断层倾角对煤层底板突水影响的机理研究

平朔井工一矿发育有大量复杂断层,在采动影响下活化造成突水,极大增加了工作面底板突水危险性。运用基础力学建立力学模型,对断层活化导水机理进行理论分析,揭示了突水通道形成过程,得到突水的理论判据。研究表明:断层倾角是影响底板突水的关键因素,断层倾角越小越易活化导水。     

断层突水机理分析

根据煤层底板的层状结构特征，建立了分析底板突水的关键层（ＫＳ）结构模型．根据断层性质，断层可以划分为张开型断层和闭合型断层．张开型断层的突水机理是断层两盘的关键层在水压作用下产生了过大的张开位移，并且在断层张开的同时，承压水对断层带进行渗透冲刷；闭合型断层的突水机理是断层两盘的关键层或关键层的接触部产生了强度破坏．     

突水系数法在华晟荣煤矿水上带压开采安全评价中的应用

根据华晟荣煤矿水文地质条件提取评价煤层底板突水危险性关键指标,在工程实践中分析煤层底板突水灾害发生的各方面因素,通过对井田钻探揭露奥灰岩的15个钻孔数据分析确定了隔水层厚度及底板承压水的水压值,分析了突水系数公式的演化,计算出突水系数,确定了华晟荣煤矿3#煤层带压开采分区均处在相对安全区。同时进一步预测了矿井涌水量,核验了矿井排水能力,为华晟荣煤矿3#煤层工作面回采时采用带压系数进行复核验证提供了数据基础,对制定完善带压开采技术措施具有重要的指导意义。     

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．     

Water-inrush Assessment Using a GIS-based Bayesian Network for the 12-2 Coal Seam of the Kailuan Donghuantuo Coal Mine in China

The Donghuantuo coal mine is geologically unusual, with 60 normal faults, 18 reverse faults, and 1 syncline. The coal seam floor is highly fractured and the fractures act as conduits for groundwater, which flows from the Ordina limestone aquifer into the no. 12 coal seam. From 2005 to 2010, there were 7 water-inrush disasters through the floor of this coal seam. The largest water-inrush event exceeded 63?m3/min; there are five points where the water-inrush continues to exceed 1.0?m3/min. Comprehensive modeling of the probability of water-inrush through the floor is required to reduce the likelihood and severity of such events. The water-inrush situation was assessed using a GIS-based Bayesian network (BN). In the developed BN-GIS model, the geometry of the coal mine working face was incorporated in suitable detail and resolution. The results of the modeling compared well with field water-inrush observations. Based on documented water-inrush events, the accuracy of the fit of the model data is 83.4?%, and the probability of making an incorrect prediction is less than 0.5, which means that using this method could significantly enhance coal production at the mine.     

基于隔水关键层原理的断层突水机理分析

因煤矿突水中大部分突水是与断层破裂带有关,应用隔水关键层原理分析断层突水机理是非常有必要的.首先根据断层的形成机理及其位置分析了断层突水的原因,探讨了煤层断层的突水条件;然后基于隔水关键层原理建立了含隔水断层的隔水关键层活化力学模型,理论解析了隔水断层在矿压和水压作用下的断层活化滑移条件,最后分析了顶、底板隔水断层的断层活化突水机理,得出了在矿压和水压共同作用下的断层采动活化突水条件.     

煤层底板突水动态监测系统的设计与实现

 摘 要：文章结合对煤层底板破坏及突水影响因素的分析、讨论,提出了一种基于采动中煤层底板突水动态监测系统的设计方案,通过对系统组成、拓扑结构及传感器安装简要介绍,给出了煤层底板突水动态监测的实现方法,对系统中关键技术—通信网络、数据采集、系统软件结构设计作了重点阐述。该设计具有结构简单、拓展灵活、实时性强等特点,作为煤矿水害防治与研究解决方案,应用前景非常广泛。     

安全检查表法评价中小煤矿潜在突水危险性

为评价中小煤矿突水危险性,基于煤矿突水原理和事故致因理论建立煤矿突水事故模型,确定突水水源、突水通道、突水诱因和应急失效四类突水事故危险源,以杨庄矿周边六个地方煤矿为例,参考专家经验建立地方煤矿突水危险性检查表与评价标准,通过现状调查并赋分评价地方煤矿突水危险性.结果表明,6个地方煤矿的突水危险等级为1个高度危险、4个中度危险,1个低度危险.防治地方煤矿突水的重点是加强对危险煤矿重点监管,严禁擅自提高开采上限、严禁破坏各类防水(砂)安全煤(岩)柱;安全检查表法能够可靠完成煤矿潜在突水危险性专项评价.