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。     

采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据

针对承压水上倾斜煤层底板岩层所受载荷的非对称特征,在考虑沿煤层倾斜方向存在一定水压梯度的情况下,依据隔水关键层理论,建立了线性增加水压力作用下的底板倾斜隔水关键层模型。采用弹性薄板理论,分析了倾斜隔水关键层的力学特性,揭示了底板倾斜隔水关键层在其长边中点偏下的位置最容易出现拉伸屈服破坏。最后,采用Griffith和Mohr-Coulomb两种屈服准则,在判断出底板倾斜隔水关键层上最可能发生屈服破坏位置的基础上,推导了基于拉伸和剪切破坏机理的采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据,并应用于现场倾斜煤层底板隔水关键层的稳定性分析。     

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。     

浅埋煤层组合关键层失稳临突变分析

应用突变理论的方法，对组合关键层的力学模型进行了分析，导出了系统的总势能函数表达式并建立了该系统的尖角型突变模型，得到了组合关键层在水平力和垂直力控制空间中时系统失稳的分叉集，定量地分析了顶板的台阶下沉量以及发生失稳的条件，得出的结论符合实际情况。     

承压水底板失稳过程的数值模拟

利用自行开发的岩层破断过程分析系统 ,对承压水底板的失稳过程进行了数值模拟。根据模拟结果 ,分析了承压水底板失稳的机理 ,对承压水底板的突水部位进行了预测。通过与理论分析方法和实验的对比 ,说明了岩层破断过程分析系统可以作为一种新的数值模拟方法研究承压水底板突水问题     

浅埋煤层组合关键层失稳临界突变分析

应用突变理论的方法 ,对组合关键层的力学模型进行了分析 ,导出了系统的总势能函数表达式并建立了该系统的尖角型突变模型 ,得到了组合关键层在水平力和垂直力控制空间中时系统失稳的分叉集 ,定量地分析了顶板的台阶下沉量以及发生失稳的条件 ,得出的结论符合实际情况     

基于突变理论的煤层关键层复合体失稳理论分析

根据突变理论,在煤层与岩层关键层复合的基础上,探讨了煤岩复合体失稳破坏的机理。基于势能原理,建立了尖点突变模型,导出其失稳的力学判据及突变时的突变变化。得出了在水平力和垂直力共同控制的空间中系统失稳的分叉集合并分析其突变过程。分析结果表明:系统发生突变的影响因素除了复合体的弹性模量与惯性矩外,主要是水平力,水平力越大,越容易失稳。     

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。     

煤层底板渗流关键层存在性及其作用初探

建立了一种面向RFPA的煤层底板渗流模型,计算了采场推进150m时底板的位移和渗透特性及突水因数.对渗流关键层的存在性及其作用进行了初步探讨,提出了渗流关键层的判定条件.通过算例,讨论了承载关键层、隔水关键层和渗流关键层之间的关系.研究表明,如果某一岩层的渗透率远远小于其他岩层,则该岩层对底板渗流的稳定性起决定性作用,为渗流关键层;在算例中.当采场推进150m时,渗流关键层存在,并且与隔水关键层为同一岩层;渗流关键层对突水因数有较大的影响.     

受底板承压水威胁煤层开采安全性分区探讨

华北型煤田煤层开采广泛受到底板承压水威胁,开展煤层安全开采分区研究对于保障矿井安全生产有着重要的意义.分析影响煤层底板突水的主要因素,利用GIS多元信息复合技术,构建适合潘西煤矿千米深矿井的突水模型,对潘西煤矿主要采区进行危险性评价,形成矿井危险程度分区图,指导潘西煤矿19煤层安全开采.     

带压开采底板突水破坏的数值实验

利用ANSYS,对多因素影响下的底板突水破坏进行数值模拟分析:随着开采的进行,煤层底板采空区中部出现拉应力区;开采区域两侧的底板岩体内,距离岩壁10 m~15 m的范围是应力峰值区;底板岩层内部应力分布随着开采的进行而不断变化。底板塑性区随着开采而向深部发展。     

汾源井田主采煤层底板突水危险性分析

奥灰水是汾源井田5号煤层开采的主要水害威胁。采用突水系数法对汾源井田5号煤层底板奥灰突水危险性进行研究。分析了5号煤层底板奥灰水压、开采对底板的扰动破坏,隔水层阻水能力、承压水导升高度、奥灰顶部相对隔水层厚度等因素。结合井田钻孔资料,计算了突水系数,绘制了奥灰突水系数等值线图,划分了井田带压开采安全区、相对安全区、相对危险区和危险区。井田带压开采危安区的划分可为汾源矿井带压开采区采掘方案和矿井防治水工作方案的制定提供参考依据。     

采场底板断层突水及其防治方法

阐述了采煤过程中底板岩层在矿压作用下的变形特征及其规律。在理论上提出了当倾向采场且平行其边缘的底板断层面同底板岩层中的最大膨胀线相吻合时，该类断层两盘的相对位移量最大，也最容易发生突水事故，并通过实例说明了底板断层的突水机理。最后，从水文地质和采煤方法两个方面，提出了防治突水的措施。     

带压开采下煤层底板破坏特征的数值模拟研究

 运用数值模拟软件模拟带压开采下煤层底板的破坏特征。根据矿区实地数据资料结合流固耦合原理,对不同推进距离、不同水压、不同隔水层厚度下的底板破坏特征进行模拟。结果表明,在模拟推进过程中,水压的增大、隔水层厚度的减小导致底板位移增大、围岩应力集中明显,在导水带附近影响尤甚,真实的反映了带水压开采底板破坏特征;初次位移、应力增大的推进距离与初次来压的推进距离相吻合。可见数值模拟对于带压开采模拟分析以及预测初次来压是可行的,研究结论可为煤层开采过程中的流固耦合分析以及底板突水机理研究提供参考。     

GIS支持下的煤矿底板突水预报研究

华北地区特别是太行山东麓,南麓的煤田在开采下组煤的过程中普遍地受到底板奥灰岩溶水的威胁,突水淹井事故时有发生,传统的底板突水方法受到了前所未有的挑战,本文从分析煤层底板水文地质条件,突水因素,突水机理为切入点,在GIS的支持下,建立了煤层底板突水预测模型,效果较好。     

王家岭煤矿2号煤层顶底板突水危险性分析

根据王家岭井田地质、水文地质条件,提出了井田内上马家沟组岩溶含水层应属富水性中等-强含水层。采用关键层理论及突水系数法,研究了王家岭煤矿开采2号煤层时的充水因素及顶底板突水危险性。通过对煤层顶板的基岩风化裂隙水及采空积水的分析,对2号煤层底板太原组和上马家沟组灰岩岩溶水突水系数进行了计算。结果表明：井田南部2号煤层,雨季时基岩风化裂隙水对煤层开采有较大影响;201、202、204、206采区南部为采空积水透水危险区;201、202采区为太灰突水危险区和奥灰突水相对危险区,其他采区为相对安全区或安全区。     

岩石边坡中断层水压的模型实验研究

该文为模型实验研究。通过自制边坡中的断层实验模型,观察、量测并分析16种不同条件时断层中不同位置的水压。模拟实验结果表明,断层中水压分布可以以线性函数拟合,此结果与Hoek理论模型相近。影响水压大小的各因素灵敏程度依次为：张裂缝中水头高度、断层倾角、充填料高度、充填料粒度、断层带厚度。