[发明专利]一种确定地下工程开挖所处状态的方法

说明书

本发明公开了一种确定地下工程开挖所处状态的方法，结构化岩体性态的随机分布特征和分形维度，建立岩体参数随机统计分布模型；从结构化岩体随机分布规律和参数随机统计分布模型入手，基于随机过程与统计理论、Cosserat介质理论、岩体力学、热力学理论、非线性随机动力学与控制理论，研究采动覆岩随机动力响应扩散过程中随机参量演化状态，建立采动覆岩随机动力响应扩散方法。本发明的有益效果是能够准确的确定出复杂条件下采动覆岩随机运动过程中的影响破坏范围，精准的确定出采动覆岩运动范围内直接关联的应力场范围，对实现为煤矿安全生产。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，涉及一种确定地下工程开挖所处状态的方法。

背景技术

煤矿重大事故，包括采场顶板垮塌事故、冲击地压、矿井透水、突水淹井等，多与采动围岩运动和应力场变化(包括应力大小、分布的变化)直接或间接相关；另一方面，近些年由于大规模基础设施建设的需要，陆续有一些重大基础设施工程穿越矿区，如何保证重大基础设施工程穿越矿区时采动覆岩稳定性，不仅对矿区安全生产意义重大，而且对确保这些基础设施工程在施工与运营期间的安全意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定地下工程开挖所处状态的方法，本发明的有益效果是能够准确的确定出复杂条件下采动覆岩随机运动过程中的影响破坏范围，精准的确定出采动覆岩运动范围内直接关联的应力场范围，对实现为煤矿安全生产。

本发明所采用的技术方案是：

(1)结构化岩体性态的随机分布特征和分形维度，建立岩体参数随机统计分布模型；

(2)从结构化岩体随机分布规律和参数随机统计分布模型入手，基于随机过程与统计理论、Cosserat介质理论、岩体力学、热力学理论、非线性随机动力学与控制理论，研究采动覆岩随机动力响应扩散过程中随机参量演化状态，建立采动覆岩随机动力响应扩散方法。

进一步，岩体性态的随机分布特征包括不连续面产状、迹长、大小、间距、密度、张开度、填充物、起伏度、粗糙度、蚀变程度、空间组合特征。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

采动覆岩随机扩散机理：地下工程的开挖，打破了地层中原有的平衡状态，这种开放式的开挖会导致原岩中的张力向外扩张，进而引起地层原有秩序场发生变化，并且认为采动覆岩扩散过程遍历稳定-失序-失稳-致序-新的稳定等五种秩序场，采动覆岩所处不同秩序场时，其场的吸引子不同。未开挖扰动的岩体处于稳定场状态，在这种状态中，影响非线性系统的各种因子通过相互耦合，处于相对稳定状态中，当受到外力扰动后，输入动量，耦合子发生变化，各种因子响应不同，出现涨落，系统输出处于变序场状态，该秩序场中的岩体外在表现为出现变形，裂隙扩散等表征现象，内在表现为应力重分布，系统秩序改变；当非线性系统中的影响因子进一步涨落，并相互制约时，出现混沌效应，这种状态为失序状态，表现在局部出现损伤或者断裂；如果某种因子处于序参状态，则系统进一步发展为失稳状态，即由局部破坏到整体失稳；系统整体失稳后，平衡子在各因子的重新演化过程中促使系统由非一致性向一致性进行转化，此时系统处于致序场，即向着有秩序的系统转化状态，当达到相对秩序状态时，形成新的稳定场。

本发明技术方案如下：(1)结构化岩体不连续面产状、迹长、大小、间距、密度、张开度、填充物、起伏度、粗糙度、蚀变程度、空间组合特征等性态的随机分布特征和分形维度，建立岩体参数随机统计分布模型；(2)从结构化岩体随机分布规律和参数随机统计分布模型入手，基于随机过程与统计理论、Cosserat介质理论、岩体力学、热力学理论、非线性随机动力学与控制理论，研究采动覆岩随机动力响应扩散过程中随机参量演化状态，建立采动覆岩随机动力响应扩散方法。

本发明优点还在于：

(1)提出采动覆岩采动前后的五场演化以及各种场序吸引子转化机理；