机械施工荷载作用下采空区顶板稳定性研究

为保证采空区上方作业人员和采掘设备安全,采用力学分析方法,将浅埋采空区顶板概化为固支梁力学结构模型,建立地面机械施工荷载-采空区顶板系统总势能方程。基于突变理论,构建采空区顶板失稳的尖点突变模型,获得采空区顶板突变失稳判据,建立采空区顶板保持稳定情况下机械施工荷载计算模型,并进行实例验证。结果表明:采空区顶板岩梁所受侧向水平推力越大,岩梁弹性模量越小,采空区跨距越大,采空区顶板越容易发生突变失稳,其失稳的必要条件取决于顶板内部特性,与外部作用无关;地面施工荷载作用下采空区顶板失稳的充要条件取决于顶板内部特性和外部作用。     

基于尖点突变模型的采场顶板-矿柱稳定性分析

采场破坏失稳是一个不连续的非线性过程。为分析矿山采场的稳定性,在建立采场顶板-矿柱的简化力学模型的基础上,结合安徽某充填采矿法矿山的采场结构参数,运用尖点突变理论分析采场突变过程中的能量释放机理,构建采场破坏失稳的尖点突变模型,推导得出系统失稳的充要力学条件。结果表明:采场中矿柱的应变软化特性和刚度比是导致系统失稳的主要因素,而矿柱的突跳量仅与系统的内在特性有关。结合矿山实例,从必要条件和充分条件2个方面对采场进行稳定性分析,表明尖点突变理论合理可行。验证了采区设置盘区矿柱等安全措施的必要性。     

采空区系统失稳灾变链式效应机理及特性研究

以矿山采空区为研究对象,引入系统理论,建立了采空区系统模型。基于链式结构理论体系,对采空区失稳灾变的内在演化规律及特性进行了深入研究,建立了采空区失稳灾变链式框架图,划分了失稳灾变链式演化阶段,并基于非线性动力学理论建立了系统失稳的能量判据。研究表明,采空区并不是孤立的,而是与其赋存环境构成了一个开放式系统。采空区系统的失稳灾变具有支干流域-周期循环-冒落劈裂复合链式特征。采空区系统失稳灾变链式演化经历了早中晚3个阶段,并伴随着能量"一涨一落"式的发展及内部节理裂隙的闭合、扩展、贯通及破裂的演化过程。从系统理论角度入手,初步形成采空区失稳灾变链式理论,为更有效地控制矿山采空区稳定性提供了新的理论基础。     

水溶法采盐矿区地面塌陷机理分析

为了防范钻井水溶法开采盐矿诱发卤水溢出、地面塌陷等愈发严重的地质环境和公共安全问题,本文以安徽省定远县东兴盐矿为例,对采空区地面塌陷灾害机理进行了深入研究.根据岩盐矿体的埋藏条件和采空区地面塌陷的过程,结合帕斯卡定律讨论了盐矿采空区顶板岩层保持稳定的前提,是必须保持采空区密闭为基本条件;通过尖点突变模型给出的顶板岩层大变形失稳突变条件,是采空区的封闭性遭受破坏、卤水外溢导致顶板岩层失去支撑;根据ЛротодъякоНов塌落拱理论等方法估算了采空区顶板岩层失稳对地面的影响程度,提出了对开采盐矿诱发地面塌陷灾害的防范措施,对其它地区同类矿山安全开采具有重要的指导意义.     

采空区失稳的安全流变-突变理论分析

根据安全流变-突变理论,定性地描述了采空区失稳过程中的流变-突变特征,并结合采空区的实际情况建立了采空区失稳的理论数学模型,为定量分析采空区失稳提供依据.根据数学模型绘出的采空区流变加速度的变化曲线可知,系统的损伤加速度由负到正随时间变化,当加速度等于0时,系统开始突变,发生本质损伤,此时即使轻微的扰动也能导致空区失稳,且难以控制.突变点的获取对指导矿山制定安全控制措施,科学处理采空区,保障矿山安全生产具有重要的理论和现实意义.     

员工不安全行为的尖点突变研究

为研究员工不安全行为的形成机理,在分析员工不安全行为影响因子的基础上,从突变理论出发,以员工的行为状态为状态变量,以安全意识与安全情景为控制变量,构建员工不安全行为的尖点突变模型.根据对北京、云南与河北的电力企业调研数据,利用统计突变模型的R语言程序包对员工不安全行为的尖点突变模型进行拟合.结果表明,安全情景为正则因子,安全意识为分裂因子,共同影响员工不安全行为的突变机制.伴随着员工不安全行为发生的双模态和自组织突变现象,可以有效地说明员工不安全行为的不连续性.同时,在安全管理实践中,员工不安全行为的预防作用大于治理.     

气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发,综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素,在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上,将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述,裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源,地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明,受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下,卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5~10倍,且该能量与动力学失稳密切相关。     

危险评价的尖点突变模型的研究

在建立事故致因突变模型的基础上，提出了危险评价的尖点突变模型，即建立以系统可靠性和系统危险性为两个控制变量，以系统功能为状态变量的尖点突变模型（ＣＵＳＰ），对系统进行危险评价。利用这一模型，在对系统可靠度和系统危险性进行量化后，可得到状态变量——系统功能在发生突变时的突跳范围，按照一定评判标准，可判定系统危险程度，实现对系统的安全控制     

危险化学品道路运输系统突变机理研究

为研究危险化学品道路运输事故的内在原因,运用尖点突变理论,分析危险化学品道路运输系统,将危险化学品道路运输系统的控制变量划分为两个:人的不安全行为和物的不安全状态,详细分析这两个方面可能发生突变的原因,通过分析结果建立了危险化学品道路运输系统尖点突变模型。通过实例应用研究表明,危险化学品道路运输系统从稳定区过渡到潜在突变区域,并越过分歧点集时,系统就有可能发生突变,进而发生事故。该尖点突变模型能够用来阐述危险化学品道路运输系统的突变机理,为危险化学品道路运输事故的本质预测和控制提供一个新的有效方法。     

基于尖点突变模型的地铁深基坑土压力预警阈值研究

为提高地铁施工灾害预警的准确性和可靠性,将尖点突变模型引入地铁施工灾害预警阈值的研究中,建立基于时效影响因子的地铁深基坑土压力尖点突变模型。该模型利用突变流形分析系统的平衡和临界状态,通过势函数突变点临界值确定预警阈值的大小,为地铁施工灾害预警工作提供科学依据。通过实例分析,计算出考虑时间效应的土压力预警阈值。结果表明,地铁深基坑土压力尖点突变模型消除了计算过程中的人为因素影响,并能反映基坑土压力突变的特点。当然,在实际工程施工中,需要对预警阈值进行及时的重新修正,以适应外界环境和技术的不断更新变化。     

深部回采矿柱失稳的尖点突变理论分析及宽度优化

为正确估算矿柱承受载荷,运用普氏理论分析矿柱承载机理,指出矿柱承受载荷为上覆岩层拱形塑性区的重力,计算出矿柱体系中单个矿柱承受的平均载荷。建立矿柱失稳的尖点突变模型,推导出矿柱能量方程,分析矿柱失稳力学机制,根据矿柱失稳的充分条件和必要条件得出矿柱极限宽度值的计算方法,并分析主要因素对矿柱宽度极限值的影响规律。通过工程实例验证矿柱宽度计算方法的有效性和适用性。研究结果表明:影响矿柱宽度的主要因素包括开采深度、采场宽度和矿柱高度;以冬瓜山铜矿为例,矿柱宽度的理论计算值应大于3.63 m,数值分析选取矿柱宽度为4 m时,矿柱处于稳定状态.现场工业试验表明,宽度为4 m的矿柱稳定性较好。     

基于突变理论的飞行签派员人因差错风险耦合演化研究

为了有效预防飞行签派员人因差错带来的航空安全问题,从内、外因素方面分析了飞行签派员人因差错风险因素,构建了基于尖点突变理论的风险耦合模型,计算了人因差错风险的耦合度,分析了飞行签派员人因差错风险在内、外因素作用下的演化过程;考虑随机扰动因子对人因差错风险的影响,对传统尖点突变模型进行改善,并计算了随机扰动因子的取值范围。结果表明:飞行签派员人因差错风险的耦合度为0. 883 2,处于强耦合度区间;当内、外因素的耦合作用强度均增加时,人因差错风险会发生突变;尖点突变模型中随机扰动因子的取值范围为(-0. 757 3,-0. 739 3)。     

基于改进尖点突变模型的化工事故致因分析

为更好地反映化工事故发生过程中事故致因因素的连续变化引起的系统安全状态的突然变化,分别将生产系统中的固有危险源及生产过程中的不安全因素作为导致化工事故发生的内因及外因,分析化工事故的致因机制;改进传统的事故致因尖点突变模型,将系统安全性作为状态变量,固有危险源和不安全因素的危险性作为控制变量,综合考虑人-机-管-环-料-能对于系统安全性的影响;利用改进后的事故致因尖点突变模型研究化工事故致因过程和事故致因条件,并通过相关事故案例验证该模型的可行性。结果表明:化工事故是由固有危险源和不安全因素综合作用引起的,当二者危险性达到一定程度后,系统状态由安全状态突变为事故状态。     

隧道下伏溶洞顶板安全厚度确定方法

为解决溶洞与隧道间安全距离如何确定的问题,在研究现有动荷载下顶板安全厚度确定方法的基础上,推导出固支梁振动微分方程,建立隧道与溶洞间岩层失稳的双尖点突变模型,分析其失稳力学机制及破坏条件,得到安全厚度的非线性方程,并运用Matlab进行迭代法编程求解;分析爆破振动强度、频率、围岩特性、隧道跨度等对安全厚度的影响。结果表明:隧道与溶洞间岩层安全厚度是由岩层的内外因素共同决定;在同一振动荷载幅值下,安全厚度与振动频率呈非线性关系;在同一振动频率下,安全厚度与爆破振动荷载幅值呈线性关系;安全厚度随弹性模量的增加而逐渐减小,随溶洞跨度的增加呈近似正比例增加。     

爆破作用下层状围岩隧道突变失稳判据研究

为判断爆破振动与损伤作用下层状岩体隧道的围岩稳定性,根据层状围岩失稳特征建立隧道力学模型,考虑爆破损伤和振动效应,构建层状围岩隧道系统总势能方程和突变失稳判据,分析爆破作用下层状围岩稳定性演化规律;并以沪昆高铁湖南段姚家隧道为工程背景,分析层状围岩隧道稳定性。结果表明：层状围岩隧道发生突变失稳的充要条件是满足分岔集方程,即当突变特征值Δ≤0时系统可能发生突变失稳;爆破累积效应造成围岩刚度不断降低,爆破药量增加提高爆破振动效应,这些均导致层状围岩失稳概率增加;实际隧道失稳评价结果与施工现场情况、监测结果一致,验证了失稳判据的有效性。     

热侵袭下液化天然气储罐升压的突变机理

液化天然气(LNG)储运过程中受热侵袭造成储罐压力升高具有极大的危险性.用范德华方程描述具有一定过热度的LNG汽化相变过程,引入微分同胚项对其进行变换,发现其形式符合尖点突变平衡点方程,揭示了突变机理是储罐内LNG大规模蒸发现象的本质特征.选取过热区内的LNG作为一个系统,运用系统论和突变动力学方法对势函数及其微商曲线进行研究,得到了极限过热度、失稳过热度及储罐内部压力增量和系统内液化天然气汽化量之间的关系.     

用突变理论分析矿山冒落型地震机理

矿山冒落型地震是一种破坏性最为严重的地质灾害之一。研究其成因机理 ,对矿山安全生产具有重大的现实意义。笔者根据矿山冒落型地震的特征 ,应用突变理论和能量守恒原理 ,建立了一个简单的力学模型 ,提出由地下开采引起采空区顶板突然破坏和冒落—释放能量—诱发地震的观点 ,并结合现场实例进行分析 ,得到顶板冒落和所释放出来的能量表达式 ,这为研究矿山冒落型地震成因机理提供了一种新的方法。     

拥挤状态下地铁乘客应激反应的尖点突变分析

为预防拥挤状态下地铁乘客消极应激反应的发生、提高地铁乘客的积极应激反应能力,用试验法和突变理论,分析地铁乘客应激反应的过程和特点。首先根据地铁设计规范,设计地铁车厢环境;然后测量不同立席密度下,乘客的生理指标;其次将血压(BP)均值和心率(HR)作为尖点突变的控制变量,应激状态作为状态变量,建立地铁乘客应激反应的尖点突变模型;最后对试验数据进行定性拟合和定量拟合分析。结果表明:随着车厢内人群密度的增加,乘客的情绪开始扰动,到达尖点位置时突变,情绪激动;而后乘客慢慢适应人群密度的增加,情绪重新达到稳定;地铁乘客应激反应符合尖点突变模型。     

露天矿采空区爆破合理孔底填塞长度与起爆位置确定

为研究孔底填塞长度与起爆位置对露天矿采空区上覆岩石台阶爆破的影响,进行了数值模拟和工业试验。运用ANSYS/LS-DYNA软件构建了爆破模型,分析了存在采空区时台阶的爆破机理,通过对比分析不同孔底填塞长度、不同起爆位置下爆破时岩石拉应力及动能变化,揭示其对采空区爆破效果的影响,确定了采空区上覆岩石台阶的合理爆破方法,并通过工业试验进行了验证。结果表明:采空区的存在导致爆破能量的利用效率降低;中间起爆技术适合采空区上覆岩石爆破;孔底填塞长度在一定临界范围内时,爆破能量的利用效率是最佳的;确定了武家塔露天煤矿采空区上覆岩石台阶爆破采用中间起爆技术且孔底填塞长度为2 m。     

房采采空区失稳危险性评价

由房采采空区失稳引发的灾害已成为危害矿山及社会安全的重要因素之一。为了对房采采空区失稳进行危险性评价,在分析影响房采采空区失稳危险状态的自然地质条件因素与指数W1和开采技术条件因素与指数W2的基础上,采用综合指数法对房采采空区危险源进行分级研究,确定房采采空区失稳危险状态等级评定的综合指数W。将房采采空区失稳危险源分为4级,即Ⅰ级危险源(特大危险性,W≥0.8);Ⅱ级危险源(重大危险性,0.6≤W<0.8);Ⅲ级危险源(较大危险性,0.3≤W<0.6)和Ⅳ级危险源(一般危险性,W<0.3)。结合实例,对陕西某矿区房采采空区失稳危险性进行分级,并提出预防性措施。