煤與瓦斯突出的混沌動(dòng)力系統(tǒng)演化規(guī)律研究.pdf

1、本文對(duì)煤與瓦斯突出發(fā)生和預(yù)測(cè)從混沌動(dòng)力學(xué)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和方法研究。 提出了基于煤與瓦斯突出綜合假說(shuō)基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)反演綜合假說(shuō)。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，煤與瓦斯突出發(fā)生的機(jī)理及其發(fā)生的物理力學(xué)過(guò)程至今仍停留在假說(shuō)階段。煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯及煤體物理力學(xué)性質(zhì)三個(gè)主要因素綜合作用的結(jié)果的假說(shuō)雖得到普遍認(rèn)可，但各因素的權(quán)重大小未能得到定量分析。動(dòng)態(tài)反演綜合假說(shuō)將煤與瓦斯突出的過(guò)程作為一個(gè)動(dòng)力演化的過(guò)程。原系統(tǒng)按時(shí)間序列提取的主要影響

2、因素指標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)相互作用原理，包含了動(dòng)力系統(tǒng)演化的全部信息。根據(jù)混沌動(dòng)力學(xué)理論由其主要影響因素指標(biāo)提取的混沌時(shí)間序列在微分同胚意義下同構(gòu)于按一定的嵌入維數(shù)重構(gòu)的相空間，對(duì)相空間演化軌跡分析預(yù)測(cè)能得到同一時(shí)空的權(quán)重并可反演到原煤與瓦斯突出系統(tǒng)，使得在一定時(shí)空條件下分析綜合作用中主要因素影響大小成為可行。 在綜合分析影響煤與瓦斯突出特點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立的煤與瓦斯固流耦合作用理論也是目前得到普遍認(rèn)可理論，但由于煤巖固體的變形和破壞對(duì)力學(xué)

3、參數(shù)影響以及固流耦合本構(gòu)關(guān)系停留在試驗(yàn)基礎(chǔ)上都使得建立的數(shù)學(xué)力學(xué)模型與實(shí)際問(wèn)題必然會(huì)有偏差，提出從系統(tǒng)演化規(guī)律的角度出發(fā)，基于動(dòng)力學(xué)中Takens定理，根據(jù)混沌時(shí)間序列重構(gòu)出的相空間，恢復(fù)出吸引子，并根據(jù)吸引子的類型來(lái)分析判斷突出的情況。為煤與瓦斯固流耦合作用找到了一種在一定時(shí)空下的映射同構(gòu)系統(tǒng)，進(jìn)而得到等價(jià)的動(dòng)力學(xué)行為。 在混沌動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析和論證了離散混沌動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)間序列分析理論和方法，創(chuàng)造性地提出了混沌時(shí)間

4、序列預(yù)測(cè)中新的思想方法，包括分段線性逼近，三次樣條函數(shù)逼近，傅里葉函數(shù)和小波函數(shù)逼近以及正態(tài)函數(shù)逼近等一系列新的基于重構(gòu)技術(shù)的預(yù)測(cè)方法。在分析煤與瓦斯突出系統(tǒng)中煤體的孔隙裂隙結(jié)構(gòu)、瓦斯分布、斷層的演化過(guò)程各具分形特征的基礎(chǔ)上，提出了瓦斯分布的多重分維思想并給出其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。研究了度量煤與瓦斯突出這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的相對(duì)標(biāo)度不變量分維數(shù)。并給出分維數(shù)的各種計(jì)算和煤與瓦斯突出的一種新判據(jù)。 在由Lyapunov指數(shù)數(shù)值計(jì)算判別系統(tǒng)的混