具体描述
本书利用ANSYS／LS—DYNA软件的隐式-显式分析功能对应力波作用下巷道围岩的响应进行了数值模拟，研究了应力波对煤与瓦斯突出的诱发作用；运用断裂力学、有限元方法和自组织理论研究了瓦斯压力和应力波作用下单裂纹的扩展、相邻裂纹的贯通和层裂体的形成机理；将煤与瓦斯突出的过程简化为层裂体在地应力和瓦斯压力的耦合作用下发生失稳的过程，对层裂体失稳的准静态过程进行了折迭突变分析，计算了煤与瓦斯突出时释放的能量和煤与瓦斯突出的强度，并给出了双曲扁壳层裂结构的动力学方程的统一形式。 本书可供从事煤与瓦斯突出研究的科技工作者、研究生和大学本科生参考。
《矿井动力灾害的内驱动与外诱发机制探析》 图书简介： 本书深入剖析矿井动力灾害，这一在煤炭开采行业中长期困扰、一旦发生便可能造成毁灭性后果的复杂现象。我们不仅关注其表象，更致力于揭示其深层次的内驱动因素与外诱发机制，旨在为矿山安全生产提供更为科学、精准的预警与防治策略。 第一章：矿井动力灾害的概览与研究的重要性 本章首先对矿井动力灾害进行系统性的界定，阐述其主要类型，如冲击地压、瓦斯突出、煤层自燃等，并分析这些灾害的共同特征和区别。重点强调动力灾害在时间和空间上的突发性、高强度性及其对人员生命、财产和矿山开采能力造成的严峻挑战。随后，结合近年来发生的典型矿井动力灾害事故案例，深刻剖析其造成的巨大损失，从宏观和微观层面论证对动力灾害进行深入研究的紧迫性和必要性。本章还梳理了国内外矿井动力灾害研究的现状与发展趋势，指出当前研究存在的不足之处，为后续章节的研究方向奠定基础。 第二章：地质构造与应力场对动力灾害的内驱动作用 本章将焦点聚焦于地质构造和地应力场作为动力灾害“内驱动”的关键因素。我们将详细阐述不同地质构造（如断层、褶皱、岩脉等）对井下岩体应力分布的影响，分析这些构造的不连续性和弱面如何成为应力集中的区域，从而为灾害的发生埋下隐患。在此基础上，深入探讨地应力场的数值模拟方法，包括弹性力学、弹塑性力学模型在模拟地应力分布中的应用，以及数值计算方法（如有限元法、边界元法）的原理和在复杂地质条件下的适用性。本章还将重点研究区域地应力、构造应力与开采诱发应力之间的相互作用，解释在不同地质环境下，这些应力场的叠加如何导致岩体进入失稳状态。此外，还将探讨岩体的变形破坏机制，如脆性断裂、剪切破坏等，以及这些机制与特定地质构造和应力状态的关联性。 第三章：煤岩体性质及其对动力灾害的敏感性 煤岩体的固有性质是决定其能否发生动力灾害的重要内在因素。本章将系统性地研究影响煤岩体动力灾害敏感性的关键物理力学参数，包括但不限于：煤岩的强度（单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度）、弹性模量、泊松比、脆性系数、含水率、孔隙度、渗透率等。通过实验力学的方法，例如单轴压缩试验、三轴压缩试验、巴西劈裂试验等，详细解读这些参数的测试方法、测试结果的表征方式及其物理意义。本章将重点阐述煤岩体“应力敏感性”和“变形敏感性”的内涵，并分析哪些参数的数值大小更能反映煤岩体在高应力或快速加载条件下的破坏倾向。特别地，还将讨论煤岩体在不同围压、温度和加载速率条件下的力学行为差异，以及这些差异如何影响动力灾害的发生概率和破坏程度。 第四章：瓦斯赋存状态与运移规律及其外诱发机制 瓦斯，作为煤矿井下最常见的有毒有害气体，其赋存状态和运移规律是引发瓦斯灾害的直接诱因。本章将深入研究瓦斯在煤岩体中的赋存形式（如吸附态、游离态、溶解态）及其占有率，分析煤层孔隙结构、微裂隙发育程度、煤岩的吸附性能等因素对瓦斯赋存量的影响。在此基础上，我们将详细解析瓦斯在地层压力、温度、煤层瓦斯压力梯度、采掘扰动等多种因素耦合作用下，其从煤岩孔隙和裂隙中解吸、运移、积聚的物理过程。本章将重点探讨“瓦斯压力梯度”在瓦斯运移中的主导作用，并引入“瓦斯运移动力学模型”，分析瓦斯在不同渗透率煤层中的运移速率和路径。此外，还将研究采掘活动（如掘进、回采、钻孔抽瓦等）如何改变瓦斯的赋存压力和运移通道，从而导致局部瓦斯浓度急剧升高，构成“外诱发”的关键环节。 第五章：水文地质条件与井下水害对动力灾害的潜在影响 地下水的存在和分布，对矿井动力灾害的发生具有不容忽视的潜在影响。本章将研究井下水文地质条件，包括地下水径流、含水层类型、地下水位变化规律等，以及它们如何影响煤岩体的力学性质。我们将探讨水的饱和度、孔隙水压力对煤岩体强度和变形模量的影响，例如“水-岩相互作用”可能导致的煤岩体软化、强度降低，从而降低其抵抗应力作用的能力。此外，本章还将分析井下水害（如涌水、浸泡、水动力灾害）可能对动力灾害诱发机制产生的间接或直接影响。例如，局部充水可能导致煤层瓦斯吸附能力下降，加速瓦斯的解吸与运移；或者，水压力的急剧变化可能诱发岩体失稳。我们将结合水文地质模型和数值模拟方法，分析水文条件变化对煤岩体应力状态的影响。 第六章：采掘工程扰动与动力灾害的触发 采掘工程活动是引发矿井动力灾害最直接、最普遍的“外诱发”因素。本章将系统分析不同采掘方式（如掘进、回采、采空区管理）对井下地质体应力场、变形状态及瓦斯赋存环境的扰动效应。我们将深入研究不同支护方式、采煤工艺（如综采、炮掘、掘进）对围岩应力重新分布的影响，以及这些应力集中是否会突破煤岩体的临界应力，从而触发动力灾害。本章将重点阐述“采动应力”的形成机理，分析其与原生构造应力的叠加效应，以及采动应力的集中区域与动力灾害发生位置的关联性。此外，还将研究钻孔、爆破等辅助性采掘作业对煤岩体完整性和应力场的瞬时扰动，以及这些扰动是否会成为动力灾害的“导火索”。 第七章：动力灾害的监测、预警与防治技术 基于前述对动力灾害内驱动与外诱发机制的深入分析，本章将重点探讨有效的监测、预警与防治技术。我们将介绍当前矿井动力灾害监测领域的前沿技术，包括但不限于：地应力监测（如孔内应力计、深层应力仪）、煤岩变形监测（如裂缝计、位移计）、瓦斯监测（如瓦斯传感器、瓦斯含量监测）、水文监测（如水位计、水压计）以及声发射监测技术。详细阐述这些监测技术的原理、适用范围、数据采集与处理方法，以及如何通过多源数据融合实现对灾害前兆的综合研判。在此基础上，我们将介绍多种动力灾害的预警模型与方法，包括基于统计学、人工智能（如神经网络、支持向量机）的预测模型，以及基于物理力学模型的预警系统。最后，本章将系统梳理现有及新兴的动力灾害防治技术，例如：卸压技术（钻孔卸压、水力压裂卸压）、抽采技术（定向钻孔抽瓦、长壁煤层注水）、加固技术（注浆加固、锚杆支护）等，并分析其在不同动力灾害类型和不同地质条件下的适用性与优缺点。 第八章：综合风险评估与安全管理对策 本章将前几章的理论研究成果转化为实际的安全管理应用。我们将阐述矿井动力灾害综合风险评估的框架与方法，包括风险识别、风险分析、风险评价和风险应对等环节。我们将引入风险矩阵、模糊综合评判、层次分析法（AHP）等工具，对矿井动力灾害的发生概率和潜在后果进行量化评估，从而对不同区域、不同时段的风险进行分级排序。基于风险评估结果，本章将提出一系列切实可行的安全管理对策，强调“预防为主、综合治理”的原则。这包括建立健全安全责任体系，加强现场巡查与隐患排查，制定完善的应急预案，以及开展常态化的安全培训和教育。此外，还将探讨如何运用信息化技术，如数字孪生矿山、物联网技术，实现对矿井动力灾害风险的实时监测与动态管控，提升矿井安全管理的智能化水平。 结论： 本书旨在通过系统性的理论研究和技术探讨，为理解和应对矿井动力灾害提供一个全面而深刻的视角。我们相信，对动力灾害内驱动与外诱发机制的深入理解，结合先进的监测、预警与防治技术，以及科学的安全管理体系，必将能够显著提升矿山作业的本质安全水平，最大程度地保障从业人员的生命安全与企业财产的稳定。
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