综放沿空巷道围岩系统混沌动力学特征研究

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征系统动力学性态的变量及时间序列,通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数计算,研究围岩系统的混沌动力学特征。综放沿空巷道围岩变形力学过程是一个混沌力学过程,具有对煤柱宽度及支护条件等初始条件的敏感依赖性。当煤柱宽度小于3 m时,功率谱具有连续的噪声背景与宽峰特征,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数一般大于0,系统处于混沌运动状态;当煤柱宽度为3～4 m时,锚杆支护后功率谱的宽峰特征消失,频谱成分也不丰富,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数由正变负,系统由混沌运动向定常运动转变,是系统动力学性态变化的拐点;当煤柱宽度大于5 m时,系统处于定常运动状态。采用功率谱分析法和最大Lyapunov指数法,可以评价综放沿空巷道的混沌动力学特征。