D0I:10.13374/.j.issn1001-053x.1995.01.002 第17卷第1期 北京科技大学学报 Vol.17 No.1 19952 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb,1995 煤层突出的突变模式 李玉) 赵国景2) 1)北京科技人学矿业研究所，北京100083 )中国矿业大学北京研究生部.北京100083 摘要根据突变理论建立了煤层突出的尖点型突变模型，直观地刻划出煤体自由表面处发生的渐 近变形破坏和冲击失稳破坏等工程现象 关键词煤层突出，突变，损伤 中图分类号TD324.1 Catastrophe Model of Coal Outburst Li Yu Zhao Guojing 1)Mining Research Institute.USTB.Beijing 100083.PRC ABSTRACT The cusp catastrophe model of coal outburst in mining is set up accord- ing to the catastrophe theory.The engineering phenomena of the progressive and bursting failures near free surface of coal or rock seam are described by the model. KEY WORDS coal seam bump,catastrophe,damage 采矿工程中存在着两种基本的岩体结构破坏形式，即矿山岩体结构的渐近破坏和突 然破坏·前者可看作是1个连续的稳态破坏过程，例如巷道的较大变形；后者则是矿山 岩体结构的突然失稳破坏，是结构体的非连续变化过程，例如煤层突出或岩爆，此外，边坡 失稳、采空区顶板大面积突然冒落等都属于岩体结构非连续突变过程·产生非连续突变的机 理应是岩体结构本身的物理力学性质、内部损伤劣化状况，以及结构强度、施载机构与承载 体之间共同作用等诸因素的综合反映·因此，我们应重视研究这一非连续破坏所经历的过 程，突变理论提供了研究这一非连续变化过程的方法，本文用突变方法建立了煤层突出或岩 爆的突变模型，探讨了煤岩体渐近破坏和突然破坏的机制· 1突变理论基本思路与煤层突出的突变模型 在Thom1972年创立突变理论中，把描述系统运动和变形的量叫做状态变量；把对系统 突变起到控制作用的参数叫控制变量.将这些参数视为连续变化的量，用于处理连续作用下 系统的非连续突变现象·其主要方法是将各种现象归纳到不同类别的拓扑结构中，讨论各类 临界点附近的非连续特性· 突变理论认为，每】个系统都有相应的突变模型，系统的各种不同破坏形式均可在模型 1994-05-10收稿 第一作者男37岁博士后第 17 卷 第 1期 北 京 科 技 大 学 学 报 l哪 年 2月 oJ unr a l o f U n ive sr iyt o f S d e n ec a n d Te hc n o of g y B e ij i n g V d . 17 N O I功 . 1望巧 煤 层突 出 的 突变模式 李 )l 北 京 科技 人学 矿 业研 究 所 , 北京 赵 国景 2 ’ 2) 中 国 矿 业 大 学 北 京 研究 生部 . 北京 1侧M〕83 摘 要 根 据突 变理 论 建 立 了煤层 突 出的 尖点 型 突 变模 型 , 直观地 刻 划出 煤体 自 由表面 处发生的 渐 近 变形 破坏和 冲击 失稳 破坏等工 程 现象 . 关键 词 煤层 突 出 , 突 变 , 损伤 中图 分类号 T D 324 . 1 C a t a s t r o P h e M o d e l o f C o a l O u t b u r s t L i y 。 ” Z h a o G o oj i n g Z ) l ) M i n i n g R e s e a r e h I n s t 一t u t e , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T i n g t o t h e T h e c u s P e a t a s t r o P h e m o d e l o f e o a l o u t b u sr t i n e a t a s t r o P h e t h e o r y . T h e e n g i n e e r i n g P h e n o m e n a im n i n g 1 5 s e t u P a e co r d - o f t h e P r o g r e s s i v e a n d b u sr t i n g fa il u r e s K E Y W O R D S n e a r fr e e s u r fa e e o f c o a l o r r o e k s e a m a r e d e s e r ib e d b y t h e mo d e l . e o a l s e a m b u m P , e a t a s t r o P h e , d a m a g e 采 矿 工 程 中存 在 着 两 种 基 本 的岩 体 结 构 破 坏 形 式 , 即 矿 山 岩 体结 构 的 渐 近 破 坏 和 突 然 破 坏 . 前 者 可 看 作 是 1 个 连 续 的 稳 态 破 坏 过 程 , 例 如 巷道 的较 大 变 形 ; 后 者 则 是 矿 山 岩体结 构 的 突然失 稳 破坏 , 是 结 构体 的非 连续 变 化过 程 , 例如 煤层 突 出或岩 爆 . 此 外 , 边坡 失 稳 、 采空 区 顶 板大 面 积 突然 冒落等 都 属于 岩体 结 构非 连续 突 变过程 . 产生非 连 续突 变 的机 理 应是 岩体 结构 本 身的 物理 力学 性 质 、 内部 损 伤 劣化状 况 , 以 及结构 强 度 、 施 载 机构 与 承载 体之 间共 同作 用等诸 因 素 的综合 反 映 . 因 此 , 我们 应 重 视 研 究 这 一 非 连 续 破 坏 所 经 历 的 过 程 . 突 变理论提 供 了 研究 这 一非 连续 变 化过 程 的方 法 . 本 文用 突变方 法 建立 了煤 层 突 出或岩 爆 的突 变模 型 , 探讨 了 煤岩 体渐 近破 坏 和突 然破 坏 的机 制 . 1 突变理 论基 本思路 与煤层 突 出的 突变 模型 在 T h o m [ ’ 〕19 72 年创 立 突变 理论 中 , 把 描 述系 统运动和 变形 的量 叫做状态变量 ; 把对系统 突变起到控 制作 用 的参数 叫控制 变量 . 将 这 些参数 视 为连续 变 化 的量 , 用于 处理 连续 作 用下 系统 的非 连续 突变现 象 . 其 主要 方法 是 将各 种 现象 归纳 到不 同类 别 的拓 扑结 构 中 , 讨论各类 临界点 附近的非 连续 特性 . 突变 理论认 为 , 每 1 个系 统都有 相 应 的突 变模 型 , 系 统 的各 种 不 同破坏 形式 均可 在模 型 19 4 一 05 一 10 收稿 第 一 作者 男 37 岁 博 士 后 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 01. 002