复杂系统动力学视角下的承载-隔水-渗流关键层关系探讨

本文主要探讨了承载关键层、隔水关键层和渗流关键层之间的关系，以及如何运用复杂系统动力学理论来理解矿井突水的机理。首先，文章强调了岩层变形与渗流耦合系统的复杂性，这个系统表现出非连续性、非均匀性、非线性等特点，其中控制参数和边界条件随时间变化。 在研究中，作者指出，在承载关键层未破裂之前，它同时承担着承载和隔水的功能，通常不是单独的渗流关键层。承载关键层一旦破裂，原有的承载能力丧失，这时最弱的隔水层通常会转变为新的隔水关键层和渗流关键层。这意味着在地质稳定性降低的情况下，这些关键层对防止水体渗透起到至关重要的作用。 接下来，文章引入Lyapunov稳定性的概念，即当渗流参数达到特定临界值时，会发生失稳现象，从而引发突水事件。这表明，对于矿井安全来说，对这些关键层动态特性的精确理解和监控至关重要。 复杂系统动力学理论在此发挥了关键作用，它提供了一种框架，帮助研究者从更深层次理解承载关键层、隔水关键层和渗流关键层间的相互作用及其动态演化。通过整合这些理论，文章提倡将复杂系统动力学思想和方法应用于突水防治的研究中，以便更准确地预测和控制潜在的突水风险。 本文的核心内容是构建一个理论模型，用于揭示在矿井开采过程中，承载、隔水和渗流的关键岩层如何协同工作，并通过复杂系统动力学分析来揭示可能的突水触发因素。这对于提升矿产资源开发的安全性和可持续性具有重要的实践指导意义。