煤礦采空區(qū)失穩(wěn)災害鏈式響應特征研究.pdf

1、針對煤礦采空區(qū)失穩(wěn)帶來的災害，一直難以有效控制這一關鍵科學問題，引入災變鏈式理論，研究了煤礦采空區(qū)失穩(wěn)災害的鏈式效應，分析了其鏈式響應特征，對于研究煤礦采空區(qū)失穩(wěn)災害具有重要的理論和實踐價值。
　　本文采用現(xiàn)場調研、資料收集分析、理論分析、數值模擬等手段，運用采礦學、災害學、開采動力學、巖石力學、突變理論、耦合理論等方法，在災害鏈定義、分類、鏈式效應理論模型及鏈式發(fā)展階段研究的基礎上，研究了煤礦采空區(qū)失穩(wěn)災害的影響因素，獲得了多因

2、素耦合作用下的煤礦采空區(qū)失穩(wěn)鏈式響應特征。主要結論為:
　　(1)煤礦采空區(qū)失穩(wěn)災害鏈式載體的表征形式為物質、能量、信息，其性態(tài)演化規(guī)律主要表現(xiàn)為潛存性、階段性、間歇性、周期性、延續(xù)性。煤礦采空區(qū)會經歷一個“失穩(wěn)-穩(wěn)定-再失穩(wěn)-再穩(wěn)定(～)”周期性和階段性的典型鏈式過程。
　　(2)煤礦采空區(qū)失穩(wěn)主要影響因素包括區(qū)域地質及構造分布、采空區(qū)/煤柱尺寸與形態(tài)、采空區(qū)覆巖及圍巖巖性、地表水系分布、采空區(qū)上下及周圍煤層開采情況、采空

3、區(qū)類型及遺留時間、采空區(qū)地表建筑物及植被分布等7種，最典型的影響因素為采空區(qū)積水、煤柱和構造。
　　(3)基于尖點突變理論對煤柱穩(wěn)定性進行了計算，當煤柱的彈性核區(qū)的面積A＜1.089w2時，煤柱發(fā)生突變失穩(wěn)。煤柱的穩(wěn)定性計算都是以煤柱荷載和煤柱強度為基礎的，煤柱的時間效應對煤柱的穩(wěn)定性也有很明顯的作用，通過數值模擬進行了煤柱應力場和蠕變特征的演化，煤柱的彈性核區(qū)不斷縮小，導致最后失穩(wěn)。
　　(4)將采空區(qū)災害耦合系統(tǒng)分為孕災

4、環(huán)境、致災因素、承災體，并且對各個子系統(tǒng)進行了進行了因素歸類劃分，共分為三級指標。分析了失穩(wěn)災害的耦合類型，子系統(tǒng)內部因素的耦合以及子系統(tǒng)之間的耦合，列出了耦合關系圖。分析了多因素的耦合效應，包括正正耦合和正負耦合。分析了采空區(qū)在鏈式發(fā)展階段的耦合過程。構建了采空區(qū)穩(wěn)定性災害的耦合度模型，對失穩(wěn)災害進行定性定量分析，將耦合理論和層次分析法相結合，對指標進行定量描述，確定權重。最后最系統(tǒng)的列出了耦合度計算公式，對各因素及子系統(tǒng)之間進行耦合