煤矿采空区失稳灾害链式响应特征研究

摘要

针对煤矿采空区失稳带来的灾害，一直难以有效控制这一关键科学问题，引入灾变链式理论，研究了煤矿采空区失稳灾害的链式效应，分析了其链式响应特征，对于研究煤矿采空区失稳灾害具有重要的理论和实践价值。
　　本文采用现场调研、资料收集分析、理论分析、数值模拟等手段，运用采矿学、灾害学、开采动力学、岩石力学、突变理论、耦合理论等方法，在灾害链定义、分类、链式效应理论模型及链式发展阶段研究的基础上，研究了煤矿采空区失稳灾害的影响因素，获得了多因素耦合作用下的煤矿采空区失稳链式响应特征。主要结论为:
　　(1)煤矿采空区失稳灾害链式载体的表征形式为物质、能量、信息，其性态演化规律主要表现为潜存性、阶段性、间歇性、周期性、延续性。煤矿采空区会经历一个“失稳-稳定-再失稳-再稳定(～)”周期性和阶段性的典型链式过程。
　　(2)煤矿采空区失稳主要影响因素包括区域地质及构造分布、采空区/煤柱尺寸与形态、采空区覆岩及围岩岩性、地表水系分布、采空区上下及周围煤层开采情况、采空区类型及遗留时间、采空区地表建筑物及植被分布等7种，最典型的影响因素为采空区积水、煤柱和构造。
　　(3)基于尖点突变理论对煤柱稳定性进行了计算，当煤柱的弹性核区的面积A＜1.089w2时，煤柱发生突变失稳。煤柱的稳定性计算都是以煤柱荷载和煤柱强度为基础的，煤柱的时间效应对煤柱的稳定性也有很明显的作用，通过数值模拟进行了煤柱应力场和蠕变特征的演化，煤柱的弹性核区不断缩小，导致最后失稳。
　　(4)将采空区灾害耦合系统分为孕灾环境、致灾因素、承灾体，并且对各个子系统进行了进行了因素归类划分，共分为三级指标。分析了失稳灾害的耦合类型，子系统内部因素的耦合以及子系统之间的耦合，列出了耦合关系图。分析了多因素的耦合效应，包括正正耦合和正负耦合。分析了采空区在链式发展阶段的耦合过程。构建了采空区稳定性灾害的耦合度模型，对失稳灾害进行定性定量分析，将耦合理论和层次分析法相结合，对指标进行定量描述，确定权重。最后最系统的列出了耦合度计算公式，对各因素及子系统之间进行耦合度进行计算，得出耦合的的状态，确定了危险程度。最后分析了多因素耦合作用下采空区失稳机理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的主要内容

1．3 本章小结

第2章 工程背景

2．1 井田概况

2．2 井田构造

2．3 井田地层

2．4 煤矿采空区分布及失稳灾害发生情况

2．5 本章小结

第3章 煤矿采空区失稳灾害的链式效应

3．1 引言

3．2 灾害链的概念

3．3 灾害链分类

3．3 灾害的链式效应理论模型

3．4 灾害链发展阶段

3．5 本章小结

第4章 煤矿采空区失稳灾害链式响应特征分析

4．1 确定采空区失稳影响因素

4．1．1 灾害案例收集

4．1．2 采空区失稳因素

4．2 采空区积水的影响

4．2．1 采空区积水的探测方法

4．2．2 采空区积水的电磁响应特征

4．2．3 采空区积水诱发采空区失稳灾害的链式阶段划分

4．2．4 采空区积水诱发采空区失稳灾害的链灾效应

4．3 采空区煤柱的影响

4．3．1 煤柱的破坏形式

4．3．2 煤柱失稳的影响因素

4．3．3 煤柱失稳机理研究

4．4 构造的影响

4．4．1 断层

4．4．2 褶曲

4．5 多因素耦合作用下的煤矿采空区失稳链式响应特征

4．5．1 多因素耦合作用的定义

4．5．2 灾害耦合系统及因素构成

4．5．3 采空区失稳灾害因素耦类型

4．5．4 采空区失稳多因素耦合效应

4．5．6 采空区失稳多因素耦合过程

4．5．7 采空区失稳多因素耦合度模型

4．6 采空区失稳灾害耦合度示例

4．7 采空区失稳灾害多因素耦合机理分析

4．8 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

作者简介