基于尖点突变模型的承压水底板突水研究

以尖点突变理论为基础，采用力学平衡和能量平衡的原理，分析了矿井承压水底板关键层突水失稳的力学机理，建立了其尖点型突变模型，给出了底板关键层失稳的力学条件。通过工程实例的分析，证明用数值模拟分析和预测矿山底板突水是切实可行的。     

坚硬顶板下煤柱岩爆的尖点突变理论分析

用尖点突变模型对坚硬顶板下煤柱岩爆非稳定机制的讨论，给出了岩爆发生准则，岩爆时的顶板突跳和能量释放量，讨论了影响岩爆的因素及影响程度。并以此为基础讨论了岩爆发生的前兆规律与过程，提出了可临测的前兆信息。这种既研究准则、又研究前兆与过程的方法，是防治岩爆的更为实际和有效的途径。     

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。     

基于尖点突变理论的大跨度巷道顶板稳定性分析

基于尖点突变理论并结合巷顶板组合梁力学模型,建立了大跨度巷道顶板系统的失稳判据。顶板失稳判据表明:巷顶板失稳的临界状态取决巷道宽度、巷顶板垂直应力及水平应力的组合。当顶板侧压大于5MPa时,随巷宽的增大,引起顶板失稳的顶压由大变小;当侧压小于5MPa时,不论巷宽如何,顶板在失稳时所能承受的顶压基本相同。对于跨度大于5m的巷道,随着侧压的增大,能引起顶板失稳的顶压先增大后减小。在顶压一定的情况下,大跨度巷道顶板在侧压较小或较大时都可能失稳。     

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。     

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。     

底板突水突变机理及模型建构研究

底板突水危险性的有效评价是矿山水害防治和实现安全开采的基本前提与重要基础。通过研究底板突水的突变机理,确定状态变量和主次控制变量,依据尖点突变模型建立平衡曲面方程,经坐标变换得到新坐标系下(状态变量、主次控制变量坐标系)平衡曲面方程的表达式。利用新坐标轴构建方程组求解平衡曲面方程的系数和新坐标系原点的位置,利用已知突水点信息验证求解结果的合理性。依据新坐标系下平衡曲面方程根的判别式,建立突水风险评价模型,并对新安煤矿二₁煤底板突水风险进行评价,模型拟合率为100%,评价结果真实可靠。     

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。     

事故致因突变理论在电气事故中的应用

在电气系统中影响安全的因素很多，主要有人的因素、物的因素，环境的因素和管理的因素。据统计，80％的电气事故都是人的不安全行为造成的。在众多的电气事故的致因理论中，都没有解释为何系统元素的连续变化引起系统的突变(事故)，以及人、物因素在这种突变过程中的作用。引用突变理论这一数学工具，指出电气系统内某些元素的连续变化导致系统的突然改变，引起电气事故，以便找出解决的办法，提高电气系统的安全性。     

顶板运动与顶板突水关系的研究

以某矿40108工作面为例,首先通过理论分析和现场实测,确定40108工作面的初次来压步距67 m左右,周期来压步距30 m左右。其次分析了现场涌水量与工作面来压情况,确定涌水量增大期间的推进距离和来压步距大致相等。因此通过理论计算来压步距,推断顶板垮落的大概位置,预知涌水量增大的位置,为工作面顶板突水预防等工作提供依据。     

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。     

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。     

顶板涌水等级评价的模糊数学方法

矿井顶板水的涌出不仅与含水体本身的水体类型,特征,赋存条件有关,而且还与煤层顶板各隔水岩层的水地质条件,地层结构矿地质条件有关,是一个十分复杂的地质力学作用过程,其影响因素是多方面的,运用模糊评判中的隶度函数对各因素进行量化,得出涌水等级评价的量化指标,最终变换原理并依据最大隶属度原则,进行顶板涌水等级评价,为矿井制定防排水措施,安排防排水工程提供依据。     

基于模糊证据理论的煤层底板突水量预测

从信息融合的角度,将煤层底板突水量预测过程看成是一个多源信息融合处理与状态估计过程,提出基于贴近度的模糊证据理论,建立基于模糊证据理论的煤层底板突水状态估计与评价模型。利用15个有代表性的采煤工作面底板突水资料作为训练样本,基于广义三角模糊数生成各焦元基本概率赋值。用所建立的突水预测模型对4个待检验的突水样本进行分析,并与人工神经网络、最小二乘支持向量机、距离判别分析等方法进行比较,所得结果一致或更好,说明基于模糊证据理论的煤层底板突水量估计方法具有良好的实用性和有效性。     

煤层顶板突水过程模拟分析

为预防煤层开采面临的顶板突水灾害,提高煤层顶板离层水害防治效果。以范各庄煤矿9号煤层突水实例,利用RFPA^2D数值模拟软件,模拟了煤层顶板受采动和围岩应力影响后突水的全过程,分析了范各庄煤矿回采9号煤层时的顶板突水原因。结果表明,范各庄煤矿9号煤层突水是矿山围岩应力、采动影响和含水层水力梯度共同作用的结果,煤层顶板受应力场和渗流场的影响,隔水层中的裂纹逐渐产生、扩展、贯通,直到顶板失稳,并形成导水通道,导致突水灾害发生。     

基于突变理论的人工假顶设计与安全性分析

伽师铜矿矿体为急倾斜中厚破碎矿体,针对其开采难度大、安全性差的难题,提出了考虑膏体充填的人工假顶高效构筑方案,并且基于突变理论对人工假顶的稳定性进行了分析。该方案在伽师铜矿进行了人工假顶工业试验,人工假顶各项指标满足需求。通过人工假顶现场实施与应用,其稳定性得到验证,并且人工假顶在矿体回采中起到了很好的作用与效果。     

采掘工作面发生冲击地压的尖点突变模型研究

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,采用非线性科学中的突变理论,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。     

巨厚岩层下煤层顶板水突水机理及防治技术

为了寻求海孜煤矿745工作面"5·21"重大突水事故的根源,从根本上消除工作面水患威胁,实现安全回采.根据矿区的地质和水文地质条件及查治工程成果,全面深入分析了其突水背景、原因、通道、水源等,得出是由于多煤层采动,整体块状巨厚岩浆岩下煤岩层不均匀沉降,产生了离层水体,在巨厚岩浆岩的动力冲击下,引发突水.针对突水的动力特点,提出了在工作面影响以外的下山方向布置钻孔的探放导水治理技术.实践证明,该治理技术有效地阻止了离层水源的产生,保证了工作面安全生产,且对类似条件下水害防治具有借鉴和指导意义.     

广东大兴煤矿特大突水事故机理分析

通过实地调查、测量以及地质及地球物理勘探,分析认为大兴煤矿“8·7”突水事故的突水机理为：防水煤柱受断层破碎带的影响,在上部水压、采动矿压、煤层自重、地下水的联合动力作用下,破碎的岩体沿垂向固有构造裂隙面向上塌落形成椭圆形柱体,待形成自然平衡拱后塌陷垮落停止,上覆岩层得到暂时稳定;随着采煤工作面的不断扩大,自然平衡拱被再一次打破,椭圆形柱体内的垮落继续向上发展,直至最后的关键层破坏或破碎达到临界突水系数而发生突水.