底板岩层变形破坏过程中分维特征研究

本文基于大量实测信息,对承压水上开采煤层底板岩层变形破坏过程中岩移、注水量(渗透性)等矿压显现的观测时序,进行关联维数的提取,并对其运动性态进行了研究。实例分析表明:底板岩层变形破坏过程中呈现出典型的混沌性态;另外由于底板岩层渗透性指标的关联维数比岩移量指标大的多,表明用渗透性指标描述底板岩层变形破坏特征要比岩移量指标更敏感。     

软岩巷道变形的混沌研究

试验得出了软质页岩最大屈服应变,对软岩巷道变形进行了监测,用混沌理论研究了软岩巷道变形规律.根据监测数据,分别计算了巷道顶部和侧帮变形的分形维数和最大Lyapunov指数,并用Lyapunov指数法预测了软岩巷道的后期变形.研究结果表明:软岩变形具有混沌特性,混沌理论能较好地反映软岩巷道的变形与破坏特征;用重构相空间方法,能充分揭示软岩巷道变形与能量释放规律,据此可确定二次复喷时间;软岩巷道变形在相空间相邻点的距离以指数形式发展,当岩体变形达到最大屈服应变时便产生破坏,以此便可预测和分析巷道的稳定性.     

岩石全应力-应变过程渗透性试验研究

为了探讨岩石变形过程中渗透性变化的特点 ,对软、硬岩进行了不同压力条件的全应力 -应变过程渗透性对比试验。试验结果反映出在变形过程中不论是渗透性 -应变关系特点 ,还是渗透性量值 ,软岩和硬岩均表现出明显差异。在对比分析试验所获得的应力 -应变、渗透性 -应变关系特点基础上 ,分析探讨了软、硬岩石全应力 -应变过程渗透性差异的主要原因 ,认为岩石变形破坏过程的渗透性主要取决于变形破坏的形式和特点。     

膨胀岩巷道在湿度场下围岩变形规律特征

为研究膨胀岩巷道在湿度场下围岩变形破坏规律特征，结合现有湿度场理论，采用正交试验方法对在不同矢跨比和侧压力系数因素下围岩变形规律进行研究。研究表明：左帮变形位移在有无膨胀性巷道中受矢跨比的影响较小，在矢跨比1∶4时顶板沉降量比底板鼓起量大；在侧压力系数影响下，围岩两帮的变形量随着应力比的增大而增大。应力比为1.5和0.5时，底板隆起量会高出4倍之多；在矢跨比和应力比两者在较小或较大情况下，前者在有无膨胀岩因素下顶板下沉量变化较大，达50%左右，后者底板隆起量增加为30%左右；在两种因素中侧压力系数对两帮变形量影响较大，矢跨比对顶底板变形量影响较大。     

综放沿空巷道围岩系统混沌动力学特征研究

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱，其稳定性问题十分突出。以南屯煤矿综放沿空巷道为原型，进行围岩稳定性的离散元数值模拟，提取表征系统动力学性态的变量及时间序列，通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数计算，研究围岩系统的混沌动力学特征。综放沿空巷道围岩变形力学过程是一个混沌力学过程，具有对煤柱宽度及支护条件等初始条件的敏感依赖性。当煤柱宽度小于3m时，功率谱具有连续的噪声背景与宽峰特征，关联维数均为分数，最大Lyapunov指数一般大于0，系统处于混沌运动状态；当煤柱宽度为3～4m时，锚杆支护后功率谱的宽峰特征消失，频谱成分也不丰富，关联维数均为分数，最大Lyapunov指数由正变负，系统由混沌运动向定常运动转变，是系统动力学性态变化的拐点：当煤柱宽度大于5m时，系统处于定常运动状态。采用功率谱分析法和最大Lyapunov指数法，可以评价综放沿空巷道的混沌动力学特征。     

基于最大Lyapunov指数的变形预测模式研究

变形危害巨大,变形监测与变形预测则成为必然,由于变形的过程受到地质、水文、地震和人类工程活动等因素的影响,可视为一种具有混沌特征的动力系统。故本文以混沌理论为基础,提出了基于最大Lyapunov指数的变形观测模式,并利用工程实例进行了分析研究。研究表明,变形监测时间序列中的最大Lyapunov指数均大于0,根据混沌理论,可判断变形序列存在混沌现象,同时预测的结果显示,基于混沌时间序列的最大Lyapunov指数法的预测具有较高的精度,故研究成果具有的一定的理论和应用价值,为变形预测提供了新途径。     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

基于混沌理论的混凝土渗透性的研究

引入混沌理论,对氯离子在混凝土中的传输机理进行分析研究,建立基于Lyapunov指数的氯离子浓度的预测模型,指出通过混沌理论建立模型进而求出氯离子扩散系数,评价混凝土的渗透性是有前途的分析方法。     

粗砂岩变形破坏过程中渗透性试验研究

利用三轴耦合试验机进行粗砂岩不同围压条件下的变形破坏过程渗透性试验,分析粗砂岩变形及破裂过程中渗透性的变化规律,研究围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨试样变形过程中渗透系数与体积应变的关系。研究表明:粗砂岩三轴压缩变形过程中,渗透性变化的总体规律呈现出与偏应力–应变曲线相应的阶段性,即微裂隙压密阶段与弹性变形阶段,渗透性随偏应力增大呈略微降低;弹塑性变形阶段,随新生裂隙的扩展,渗透性先缓慢增大,而后急剧增大,峰值强度后达到极大值;残余流动阶段,产生的贯通性裂隙由于围压作用被压密而导致渗透性下降。在岩样变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透系数–应变过程曲线越平缓。最后,基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-Carman方程研究粗砂岩变形过程中渗透系数与体积应变的关系,计算结果显示,Kozeny-Carman方程在岩样以孔隙为主要渗流通道阶段适用性较好。     

岩体变形的替代数据混沌判定方法研究

 观测位移时间序列是岩体变形和破坏过程的综合体现,已广泛用于边坡、隧道和地下硐室等岩石工程的稳定性判断及其预测。根据岩体的观测位移时间序列,通过Fourier变换来生成替代数据,提出其混沌随机性的检验方法,可避免根据最大Lyapunov指数是否为负数以及关联维数是否为非整数来进行混沌判断所引起的不足;分别对玲珑矿巷道及枣林滑坡位移序列进行非线性混沌判定,获得理想的检验结果。     

基于有效应力概念的矿井临界突水系数修正及应用

 矿井底板突水和水压致裂具有同源的力学机制,都是确定岩石(体)破坏的临界水压(突水系数为单位厚度的临界水压)。从水压致裂理论分析得出,有效应力系数对其作用显著。针对矿井底板破坏突水问题,通过对突水实例模拟分析,从稳态和瞬态两方面深入探讨有效应力系数变化对煤矿底板破断突水过程的影响。基于有效应力概念,推导煤层底板在不同渗透状态下临界突水系数的公式。最后,根据矿井底板不同的渗透特性,提出修正突水系数的计算方法和现场测试使用方法,对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质、突水系数的内涵、指导底板注浆防渗设计,具有重要的理论和实用价值。     

超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。     

采动影响下强充水型隐伏岩溶陷落柱 围岩变形与渗流场数值模拟

 通过引入孔隙水作用于围岩的体积力项 ,采用弹塑性本构模型和达西渗流模型,有限元数值模拟和分析存在一穿透煤层的强充水型隐伏岩溶陷落柱时的带压开采过程中,煤层围岩的变形和渗流场随采煤工作面逐步接近陷落柱时的变化规律,探讨孔隙水压力对围岩变形的影响,并分析在存在岩溶陷落柱条件下的合理防水煤柱预留距离。数值模拟结果可为含特殊地质构造煤层的开采设计提供依据,同时为进一步的流固耦合作用和煤层底板突水机制的研究以及防水煤柱的留设提供一定的参考。     

地下厂房围岩位移混沌动力学特征研究

 以小湾水电站地下厂房围岩不同监测断面的多点监测位移为例,运用功率谱分析方法,改进G-P方法提取关联维数D,综合分析G-P法、C-C法和复自相关法得到合适的m,t 值重构相空间,计算最大Lyapunov指数,研究地下厂房围岩位移的混沌动力学特征。研究表明,主厂房围岩顶拱部位的多点位移和拱座在30 m深度处的位移不具有混沌特性,而拱座在2,7和15 m深度的监测位移和边墙部位的多点位移,各施工支洞和排水洞获得的超前监测多点位移都具有混沌动力学特征,同时得到表征其混沌动力学特征的功率谱图,关联维数D大于0,最大Lyapunov指数大于0。对具有混沌特性的监测位移,可以利用基于混沌时间序列的多种方法对位移进行预报,为地下厂房系统围岩位移预报提供新的实用方法。     

分层开采底板岩层移动的现场观测研究

煤层开采会诱发底板岩层的变形和破坏 ,由此导致许多煤矿灾害的发生 ,最引人注目的是底板承压水的突出。对于厚煤层分层开采 ,由于第二分层及以下各分层开采时工作面围岩应力场与第一分层时具有明显不同的特征 ,将导致煤层底板岩层移动呈现不同的规律。介绍了分层开采煤层底板岩层移动的观测方法 ,提供了试验观测数据 ,并给出了分层开采煤层底板岩层的移动变形规律。试验成果对防治底板承压水的突出具有较大的意义。