基于突變理論的礦柱巖爆機理與巖爆預(yù)測研究.pdf

1、礦柱巖爆機理及預(yù)測研究是國內(nèi)外采礦工程領(lǐng)域的一個研究熱點，也是一個研究難點。由于巖爆的發(fā)生具有突發(fā)性及非線性的特點，應(yīng)用傳統(tǒng)的力學(xué)方法研究礦柱巖爆機理具有一定的局限性，突變理論是基于拓撲學(xué)、奇點理論的數(shù)學(xué)工具，專門用來研究各種突變，即利用數(shù)學(xué)模型討論系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生跳躍性變化的普遍規(guī)律，討論系統(tǒng)處于臨界點附近時的非連續(xù)特性，它的誕生為研究巖爆這種具有突發(fā)性、非線性的動力學(xué)現(xiàn)象提供了一條新的途徑。 在湖南省自然科學(xué)基金（05JJ100

2、100）的資助下，本文在已有的礦柱巖爆機理及預(yù)測理論研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用突變理論研究了對稱開采、非對稱開采及動力擾動作用下礦柱巖爆的突變機理，綜合考慮了影響巖爆的因素，首次將統(tǒng)計學(xué)中的費歇判別分析法應(yīng)用到巖爆預(yù)測中，建立了巖爆預(yù)測的費歇判別分析模型，并用建立的模型對實際工程進行預(yù)測。論文的主要內(nèi)容如下： （1）綜述了巖爆機理的研究成果及其研究現(xiàn)狀，分析以往巖爆機理研究中存在的不足，指出建立準(zhǔn)確的系統(tǒng)勢函數(shù)是應(yīng)用突變理論進行巖爆機理

3、研究的基礎(chǔ)。 （2）從能量原理出發(fā)，在準(zhǔn)確計算出了巖梁的撓曲線方程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用突變理論中的尖點突變探討了對稱開采及非對稱開采條件下礦柱巖爆問題，得到了巖梁一礦柱系統(tǒng)跨越分叉集發(fā)生突變的充要條件。分析得到了不同開采方式下礦房安全開采跨度與巖爆的關(guān)系。分別計算了兩種不同開采方式下巖爆發(fā)生時所釋放的能量。 （3）將外界擾動載荷假定為諧波形式，建立了礦柱巖爆的雙尖點突變模型。得到了擾動作用下礦柱突變失穩(wěn)的判據(jù)。研究認(rèn)為礦柱系統(tǒng)

4、的非線性因素的演化會導(dǎo)致系統(tǒng)振幅平方不穩(wěn)定的突跳抖動，會使礦柱系統(tǒng)的動能（或動量）發(fā)生突然的改變，造成突然的沖擊或遏制，從而在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生很大的沖擊應(yīng)力，這可能是礦柱系統(tǒng)發(fā)生巖爆災(zāi)害的一種機制。分析了系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)時，外界微擾的關(guān)聯(lián)程度對巖爆的影響。 （4）將統(tǒng)計學(xué)中的費歇判別分析法應(yīng)用到巖爆預(yù)測中來，綜合分析了影響巖爆的主要因素，選取最大切向應(yīng)力σθ、巖石單軸抗壓強度σc、單軸抗拉強度σt、巖石彈性能指數(shù)Wet、巖石最大切向應(yīng)