【正文】 ? 活動基礎結構示意圖 離層注漿控制地層沉陷 ? 離層注漿控制沉陷就是利用礦體開采后覆巖層裂過程中形成的離層空間，借助高壓注漿泵從地面通過鉆孔向離層空間注入充填材料，占據(jù)采出空間向上傳遞，支承巖層、減緩離層上位巖體的進一步彎曲下沉，從而達到減緩地層沉陷的目的。分成六個區(qū)域，上覆巖層分為冒落帶、裂隙帶和彎曲帶，底板分為底板導水裂縫帶、保護帶和承壓水導升帶。 ? 經典力學理論研究（反分析）：利用黑箱原理，進行巖體采動系統(tǒng)調制，老擬合采動巖體與地表的移動曲線。其實則是地層中巖土體的失穩(wěn)破壞?，F(xiàn)在實驗包括數(shù)值模擬實驗?？煞乐涡院谩? 注水軟化。 通過向高應力區(qū)鉆一些大直徑的鉆孔來誘導巖體變形 ， 減緩巖體中存儲的高應變能 ， 從而消除巖爆的產生 。 主要包括： 1） 盡量避免巷道進入高應力區(qū)的破碎帶； 2） 避免形成不規(guī)則的巷道形狀和孤立礦柱； 3） 開挖速度也是影響巖爆的重要因素 。 目前防治巖爆有兩類方法 ， 一類是間接防治 ， 另一類是直接防治 。（ 1）礦區(qū)巖體的主動成像能提供大區(qū)域巖體的特性；（ 2）通過連續(xù)成像可提供對巖體性質的監(jiān)控；（ 3）以往巖體層析成像提供例如微震傳感器布置區(qū)內巖石物理力學性質的信息。鉆屑法一般應用于煤礦開采中。該礦區(qū)正常情況下聲發(fā)射率一般在 30次 /日以下，但在巖爆發(fā)生前兩小時左右，聲發(fā)射活動突然激增，其峰值強度可達正常值的數(shù)十倍，隨后迅速下降，再經過 1~2小時就發(fā)生巖爆。它在地下采礦和地震工程中也稱為地音。它從數(shù)學上的穩(wěn)定性理論出發(fā)，研究系統(tǒng)穩(wěn)定準則。 當巖體介質的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值時 ， 就可能發(fā)生巖爆 。 這從側面說明了強度理論的局限性 。 強度理論 ? 強度理論認為在開掘或采動過程中，在采場和巷道周圍形成應力集中，當應力達到巖石強度時，脆性巖石就突然破壞形成巖爆。 ? 危害 ? 自 1738年英國某錫礦首次發(fā)生巖爆以來，在世界范圍內已有 20多個國家發(fā)生過巖爆現(xiàn)象，據(jù)煤炭系統(tǒng)不完全統(tǒng)計，到 1995年底，我國已有35對礦井累計發(fā)生 2022余次巖爆事故，造成數(shù)以百計的人員傷亡，巷道破壞達 20多萬米。 （ 6） 沖擊地壓的防治措施 （一）降低應力的集中程度 減弱煤層成煤層區(qū)域的礦山壓力值的方法有：超前開采保護層；無煤柱開采，在采區(qū)內不留煤柱和煤體突出部分，禁止在鄰近層煤柱的影響范圍內開采；合理安排開采順序，避免形成三面采空狀態(tài)的回采區(qū)段或條帶和在回采工作面前方掘進巷道，必要時應在巖石或安全層內掘進巷道，禁止工作面對采和追采。根據(jù)測得的地音波或微震波的變化規(guī)律與正常波的對比 ,判斷煤層或者體發(fā)生沖擊傾向度。 （五）地音、微震監(jiān)測法 :巖石在壓力作用下發(fā)生變形和開裂破壞過程中，必然以脈沖形式釋放彈性能，產生應力波或聲發(fā)射現(xiàn)象。其指標的界限值須根據(jù)各礦井的試樣進行試驗確定 。在載荷不小于強度極限 80%的條件下，用反復加載和卸載循環(huán)得到的彈性變形量與總變形量之比（ K），做為衡量沖擊傾向度的指標。 WET為彈性能與永久變形消耗能之比。３個準則同時成立，才是產生沖擊地壓的充分和必要條件 （ 4）沖擊地壓影響因素 （一）自然地質因素 主要包括采深、地質構造及煤巖結構和力學特性等 （二）開采技術因素 開采多煤層時，任何造成應力集中的因素，如開采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開采錯距不合適等，均對防治沖擊地壓不利。 這些指標主要有：彈性變形指數(shù) 、 有效沖擊能指數(shù) 、極限剛度比 、 破壞速度指數(shù)等 。較堅硬的頂?shù)装蹇蓪⒚后w夾緊，阻礙了深部煤體自身或煤巖交界處的變形。 ?強烈沖擊 :拋出煤量在 50t以上，震級在２級以上的沖擊地壓 。 ? 強沖擊 : 部分煤或巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損、設備移動和圍巖震動，震級在２ .3級以上，伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產生沖擊波。 ?中間型或重力 — 構造型沖擊地壓 : 它是受重力和構造應力的共同作用引起的沖擊地壓。隨著開采深度的不斷增加，沖擊地壓的危害將日益突出。 現(xiàn)象： 常伴有很大的響聲、巖體的震動和沖擊波，在一定的范圍內可以感到周圍介質的震動；有時向采空空間拋出大量的碎煤或巖塊，形成很多煤塵；有時還釋放出大量的瓦斯。在實際評價邊坡穩(wěn)定性時都要考慮這些外加荷載的作用。 圓弧面滑動的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)定義為抗滑力矩與滑動力矩之比 。 作用的方向傾角為 ?。 ? （ 2）數(shù)值方法，通過計算巖石邊坡中的應力分布，從而確定邊坡體的不穩(wěn)定區(qū)域。 滑坡的預測、預報 ? 滑坡是一個典型的非線性系統(tǒng)的失穩(wěn)，非線性系統(tǒng)失穩(wěn)前都要展示大量的異常信息 —— 失穩(wěn)前兆。 斜坡變形進一步發(fā)展，后緣裂縫不斷加寬，錯距不斷增大，兩側羽毛狀剪切裂縫貫通并撕開，斜坡前緣巖體擠碎并鼓出，出現(xiàn)鼓張裂縫，坡腳附近滲水渾濁，滑動面已經形成，失穩(wěn)巖體開始整體向下滑動。 ? 治理的方法不一樣：牽引式滑坡通過增加它的抗滑力，而推動式滑坡通過卸荷方法來減少的下滑力。 滑坡的分類 ? 滑坡的分類比較繁雜，從不同角度去分類，例如按滑坡的組成物質、滑動速度、力學特征、滑體形態(tài)、滑體規(guī)模、發(fā)展階段等進行分類。 252m 370 622 南芬露天鐵礦非工作幫的大規(guī)模滑坡（ 250萬立方米） 1999年下半年 ~2022年上半年 滑坡的危害 ? 我國是一個多山的國家，西部尤其如此，據(jù)初步統(tǒng)計由滑坡、泥石流造成的災害，每年達 200億左右。 外界因素對斜坡穩(wěn)定性的影響 孔隙的水壓力、地震和爆破 （ 1）臨界微擾動誘發(fā)失穩(wěn)機制 現(xiàn)代非線性科學認為：在臨界點附近，漲落誘發(fā)作用主要通過漲落的放大效應來實現(xiàn)，由于系統(tǒng)處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，任何微小的漲落都會被放大，微漲落在臨界點附近轉化微巨漲落，這種巨漲落驅動事物向新的狀態(tài)演化。 （ 3）對于陡傾巖層，隨著傾角的增加，臨界深度減小很少，且隨著傾角增加而逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。 系統(tǒng)的勢函數(shù) 薄板儲存的應變能： dydy wddy wdDU h 2220222)(1)(2 ?? ?重力作的功： dydydwtr yW h?? 0 21 )(s i n21 ?Q1所作的功： dyywQW h??0 12dyywQW h?? 0 23Q2所作的功： 系統(tǒng)總勢能可表示為結構的應變能和荷載勢能的組合： zhRzzhDhWWWUV )])(421([)2(32 1222246321 ????????? ??????? s i n)221(16)2(8 222 rthDR ???其中 令： zhDhx 4/16 ])2(32[ ?? 216 ])2(32[ ?? hDhRu ?)])(421([])2(32[ 1222416 hhDhv ??? ? ??vuxxV ??? 24斜坡失穩(wěn)條件，必要條件： u0 3 222 ]s i n)1)(221(48/[ ??? rutEH cr ???斜坡失穩(wěn)條件，充分條件：分叉集方程 0])2(32[)])(421([27])2(32[8 216212222363 ???? ?? hDhhhDhR ???斜坡失穩(wěn)條件不僅與外部因素 Q1Q2有關，還與巖體的內因（幾何尺寸、材料性質有關。 0278 23 ?? vu（ 5）當控制變量 u,v滿足分叉集方程時，系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，由此得系統(tǒng)突變的充分條件。 （ 2）普適常數(shù) 黃金分割數(shù)是 Fibonacci發(fā)現(xiàn)的 —— ，在動物的繁衍、植物的生長過程中，是尺寸大小比、種類數(shù)量比和增長速度比等方面出現(xiàn)的一個普適常數(shù)，在巖土工程領域也存在。 對稱破缺原理 巖體的破壞共扼剪切破壞， 統(tǒng)一性原理也成為普適性原理。下圖： 突變性原理 自組織原理是指巖土體的演化過程實質上就是組成工程體的各子系統(tǒng)之間通過不斷競爭和協(xié)同，在一定的外界條件和系統(tǒng)內部非線性機制作用下，從無序到有序，從低級到高級的自組織演化過程。 巖土體的物質交換主要自阿巖石圈（土壤圈）內進行。板塊間的超大斷裂 — 區(qū)域性大斷裂 — 斷層 — 貫通性裂隙 — 斷續(xù)裂隙 — 巖石微裂隙 — 晶體間的斷裂。從整體上考察，結合坡體的巖體結構，就可以得出坡體產生 “ 滑移 — 彎曲 ” 的概念模型。相同的要素，其組合方式不同，構成的整體性質可能大不一樣。 （ 3）巖土工程系統(tǒng)大多具有可控性，用反饋控制。 神經網絡理論（ Neural work Theory) 井工礦采用綜合機械化放頂煤開采工藝。 巖爆規(guī)律 ? 巖體內微破裂分形集聚的分形維數(shù)與能量釋放成負指數(shù)相關關系 。如果進一步開采誘發(fā)的是高壓應力狀態(tài)，那么集聚區(qū)將經歷一個損傷愈合過程，因此一部分應變能將被吸收。這些局部損傷拉應力引起巖體內的局部微破裂。從某種意義上講，破碎過程也就是能量耗散過程。 總之無論尺碼多小 ， 總有一些細節(jié)量不到 ， 因此它的量測長度隨著尺碼的減小而不斷增加 。 如果 F的Hausdorff維數(shù) D嚴格大于它的拓撲維數(shù) DT， 即 D? DT，我們稱集合 F為分形集 ,簡稱為分形 . ? 定義 2：局部與整體以某種方式相似的形叫分形 ? 定義 3： F是分形 ， 如果 F具有如下典型性質： ? 1) F具有精細結構 ， 即有任意小比例的細節(jié)； ? 2) F具有不規(guī)則性 ， 它的局部和整體都不能用傳統(tǒng)的幾何語言來描述； ? 3) F通常有某種自相似形式 ， 可以是近似的或是統(tǒng)計的； ? 4) 一般 F的分形維數(shù)大于它的拓撲維數(shù)； ? 5) 在大多數(shù)情況下 ， F可以用非常簡單的方法定義 ， 也可以由迭代產生 。 事實上 ， 海綿體可以看成一個分形物體 （ 如 Mengor海綿體 ） ， 它的維數(shù)是處于 2和 3之間 。 這樣的維數(shù)可以是整數(shù) ，也可以是分數(shù) ， 它是圖形不規(guī)則性的度量 。顯然 0和 1是方程兩個穩(wěn)定解，而P1(r+1)=P1(r)=P*=，它是系統(tǒng)失穩(wěn)破壞區(qū)域和穩(wěn)定變形區(qū)域的臨界點。 一個已承受應力 b?的未破壞單元 ，如果再承受臨近破壞單元轉移過來應力 (ab)?就破壞的條件概率定義為 Pa,b。（ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 及 （ 4） 是四個不同的尺度 ， 任何一個尺度都需要重正化 。 從這個意義上講 ， 重正化技術成為研究宏細觀尺度之間的一個橋梁 。 Smalley等對斷層的臨界滑動進行了重正化研究。重正化群理論主要通過重正化空間格子模型來研究臨界現(xiàn)象和行為。 6x1 x3 x2 x4 當 u繼續(xù)增長時，依次出現(xiàn)穩(wěn)定的周期 8解、周期 16解、周期32解，當 u達到 ，系統(tǒng)經過不斷的周期倍增進入混沌。 隨機性指的是行為的不規(guī)則性和不可預測性。0274 23 ?? qp巖樣 試驗機系統(tǒng)突變分析 ? 試驗機的變形特性符合虎克定律： ? 巖樣的本構關系： ? 以巖樣的位移作為狀態(tài)變量，可以得到系統(tǒng)的勢函數(shù)： ? 平衡曲面： ? 尖點位置： mm uKP ?])(e x p [0muuuR ?? ?? ???? u mm uaKdxuxxV 0 20)(21])(e x p [?0)(])(e x p [39。 （ 5）滯后：突變并不是在分叉集內發(fā)生，而是在分叉集線上發(fā)生，從底頁跳到頂頁與從頂頁跳到底頁的位置不一樣。采用拓撲的原因是因為自然界中各種力的平衡大都可以用光滑曲面來描述。怎樣從繁多的變量中得出控制實際系統(tǒng)的參量（序參量）？ ? 協(xié)同學根據(jù)系統(tǒng)不穩(wěn)定原理，當控制參數(shù)變化使系統(tǒng)達到失去穩(wěn)定時，基本演化方程中變量按其阻尼性質分為兩類： ? 一類變量聯(lián)系的阻尼作用很大，隨時間變化很慢，達到新穩(wěn)定的馳豫時間很長，稱為慢變量； ? 一類變量聯(lián)系的阻尼作用很小，隨時間變化很快，達到新穩(wěn)定的馳豫時間很短，稱為快變量； 伺服原理就是利用絕熱消去法消去系統(tǒng)中伺服于慢變量的快變量，最終建立系統(tǒng)協(xié)同作用殘生的序參量方程。協(xié)同學就是研究自組織的形成和演化規(guī)律。 ? （ 1）和外界交換能量；（ 2）宏觀破壞時非平衡性 ? （ 3）細觀破裂的相互作用 ? 協(xié)同學（ Synergetics)是由德國科學家哈肯 (Hermen haken) 于 1971年創(chuàng)立的。 耗散結構理論是比利時化學物理學家普利高津 (Prigogine)及其研究集體經過 20年的研究，于 1969年首先提出，并逐漸發(fā)展形成的理論體系。 信息學科研究的主要內容： 闡明信息的概念和本質 —— 哲學信息論 探討信息的度量和變換 —— 基本信息論 研究信息的提取方法 —— 識別理論 探索信息的傳遞規(guī)律 —— 通訊理論 探明信息的處理方法 —— 智能理論 探究信息的再生原理 —— 決策理論 闡明信息的調解原則 —— 控制理論 完善信息的組織理論 —— 系統(tǒng)理論 信息論 信息的科學方法論 包含一個方法和兩個準則：信息方法、功能準則和整體準則，