基于时变原理的煤岩系统动力响应分析
Dynamic response analysis of coal rock system based on time varying principle
-
摘要: 煤矿冲击地压是煤岩系统产生失稳引发的岩石动力灾害，为进一步探寻冲击地压的产生机理，
针对冲击地压的动力时变特性，从动力系统的角度出发，结合时变力学原理分别对煤岩试件-试验机系统、顶板煤柱系统、巷道围岩系统进行了参数辨识。得到了外部扰动时变、内部参数时变和外载时变3种不同时变类型影响下的系统参数变化规律，建立了煤岩时变系统的动力方程，证明了煤岩系统失稳引发冲击地压是一个时变问题。进一步分析了不同煤岩系统的时变特点，得到时变系统满足叠加性、均匀性、能控性、能观性的判别方法，并基于李雅普诺夫稳定性理论分析了煤岩时变系统稳定性，应用冻结系数法结合工程背景对稳定和非稳定煤岩时变系统的受扰状态进行了分析。结果表明：对于稳定的时变系统施加简谐扰动，系统的位移及速度响应呈现衰减振动的趋势，最后达到渐进稳定的状态；稳定煤岩系统由于内部参数时变可由稳定系统演变为非稳定煤岩系统，在简谐扰动下系统响应不断放大直至系统失稳引发冲击。进一步分析了煤岩系统的边界时变问题，得到了边界时变下巷道围岩弹性区、塑性区、破裂区3个子系统的系统稳定度时变规律，将时变力学原理应用于冲击地压领域，提出了煤岩系统失稳引发冲击地压的简单判据。Abstract: Coal mine rockburst is a rock dynamic disaster caused by instability of coal rock system. In order to further explore the mechanism of rockburst, based on the dynamic time-varying characteristics of rockburst, from the perspective of dynamic system, combined with the principle of time-varying mechanics, the parameters of the coal and rock specimen-testing machine system, roof-pillar system and roadway surrounding rock system were identified. The variation laws of system parameters under the influence of three different time-varying types of external disturbance, internal parameter and external load were obtained, and the dynamic equation of coal-rock time-varying system was established, which proved that the rockburst caused by instability of coal-rock system is a time-varying problem. The time-varying characteristics of different coal-rock systems were further analyzed, and the discriminant methods of time-varying system satisfying superposition, homogeneity, controllability and observability were obtained. The stability of coal-rock time-varying system was analyzed based on Lyapunov stability theory. The disturbed state of stable and unstable coal-rock time-varying system was analyzed by freezing coefficient method combined with engineering background. The results show that the displacement and velocity response of the system show a trend of attenuation vibration and finally reach a gradually stable state when simple harmonic disturbance is applied to a stable time-varying system. Because of the time-varying internal parameters, the stable coal-rock system can evolve from a stable system to an unstable coal-rock system. Under the simple harmonic disturbance, the system response enlarges continuously until the system destabilizes and causes rockburst. The problem of time-varying boundary of coal-rock system is further analyzed, and the time-varying law of system stability of three subsystems of the surrounding rock elastic zone, plastic zone and fracture zone under the boundary are obtained. The time-varying mechanics principle is applied to the field of rockburst, and a simple criterion of rock burst ground pressure caused by instability of coal-rock system is put forward.-
Keywords:
- rockburst /
- coal /
- time-varying system /
- dynamic response /
- coal rock system
-
-
期刊类型引用(24)
1. 李振，余奕睿，王红伟，冯国瑞，何富连，王德璋，周劲辉，柳路妍，韩鑫磊. 承压破碎无烟煤气体渗透特性影响因素实验研究. 煤田地质与勘探. 2024(03): 1-13 . 
百度学术
2. 史晓凯，陈文慧，王浩，李文军，狄子琛，赵瑞彤，宋慧平，吴海滨. 煤矸石规模化综合利用整体解决方案研究. 中国煤炭. 2024(03): 133-142 . 百度学术
3. 吴平. 深埋地下洞室围岩应力分析. 安徽建筑. 2024(04): 123-126 . 百度学术
4. 陆泳鑫，胡胜勇，李国富，武玺，路佳旗，杨育涛，张村，苏燕. 采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用. 煤炭科学技术. 2024(04): 231-242 . 本站查看
5. 韦波，杨曙光，李鑫，王双明，师庆民，杨兰和，王刚，傅雪海，苏红梅，贾超，胡振鹏，赵琛. 倾斜煤层煤层气与煤炭地下气化协调开发技术构想. 煤炭科学技术. 2024(05): 152-165 . 本站查看
6. 随峰堂，尚建华，朱建刚，丁海. 废弃矿井剩余资源特征及其利用研究——以淮北煤田卧龙湖煤矿为例. 淮南职业技术学院学报. 2024(03): 128-130 . 百度学术
7. 张纯旺，金智新，冯国瑞，高瑞，李春. 废弃矿井采空区覆岩裂隙网络水气两相渗流特性研究. 中国矿业. 2024(08): 37-45 . 百度学术
8. 徐影，李亚辉，杨樱花，刘卫娟. 穿采空区煤层气水平井井眼与管柱相容性分析及应用研究. 煤. 2024(09): 28-31 . 百度学术
9. 王阳，向杰，秦勇，陈尚斌，朱炎铭，黄曼莉，石莹. 阳泉-晋城矿区关闭煤矿煤层气资源特征及抽采模式. 煤炭科学技术. 2024(12): 165-179 . 本站查看
10. 桑树勋，刘世奇，韩思杰，郑司建，刘统，周效志，王冉，王猛. 中国煤炭甲烷管控与减排潜力. 煤田地质与勘探. 2023(01): 159-175 . 百度学术
11. 张吉雄，周楠，高峰，闫浩. 煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法. 煤炭学报. 2023(01): 150-162 . 百度学术
12. 张大陆. 煤层气废弃井处置研究. 能源与节能. 2023(04): 219-221 . 百度学术
13. 朱国栋. 100T分体型车载钻机穿越采空区试验研究. 煤矿机械. 2023(06): 66-68 . 百度学术
14. 徐华龙. 煤与煤层气协调开发三维仿真设计研究. 中国煤炭. 2023(05): 87-93 . 百度学术
15. 王浩，李斌，王雨婷，李绍令，张国澎，杨大山，白利军，王聪. 废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网关键技术及瓶颈问题. 煤炭学报. 2023(04): 1798-1813 . 百度学术
16. 梁运培，李左媛，朱拴成，陈强，王鑫，秦朝中. 关闭/废弃煤矿甲烷排放研究现状及减排对策. 煤炭学报. 2023(04): 1645-1660 . 百度学术
17. 张源，他旭鹏，师鹏，张洪伟. 废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式研究. 煤炭科学技术. 2023(06): 197-204 . 本站查看
18. 李延河，倪小明，王保玉，赵锦程. 首山一矿采空区地面高效抽采煤系气井优化设计. 煤炭技术. 2023(10): 27-30 . 百度学术
19. 余传涛，柳春林，薛俊杰，张富明，李勇. 废弃矿井煤层气资源地球物理勘探研究进展. 吉林大学学报(地球科学版). 2023(06): 1991-2005 . 百度学术
20. 樊殿鑫. 荆宝煤业掘进工作面过采空区注浆加固技术研究. 晋控科学技术. 2023(06): 32-35 . 百度学术
21. 赵路正. 煤矿区煤层气产业发展科技趋势与攻关方向. 煤炭经济研究. 2022(01): 47-52 . 百度学术
22. 吉莉，刘峰，尚建选，董霁红，黄艳利. 关闭矿山地下空间资源定量评估与再利用途径. 煤炭科学技术. 2022(05): 281-289 . 本站查看
23. 李国富，张遂安，季长江，李军军，王朝帅. 煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式与技术体系. 煤炭科学技术. 2022(12): 14-25 . 本站查看
24. 降文萍，柴建禄，张群，张培河，姜在炳. 基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展. 煤炭科学技术. 2022(12): 50-61 . 本站查看
其他类型引用(9)
计量
- 文章访问数: 69
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 175
- 被引次数: 33
下载:
