灾害系统视角下的灾害耦合效应探讨

灾害耦合效应是灾害风险科学领域关注的焦点议题,与复杂灾害事件具有密切的联系。该文首先从词源角度阐述了“耦合”的内涵,提出了灾害耦合效应的概念,对比了灾害耦合与灾害叠加的差异,阐述了灾害耦合效应的整体性、有序性、动态性和目的性特征。其次从灾害系统的角度出发,分析了灾害系统结构体系和功能体系及演化过程与灾害耦合效应的联系,提出灾害耦合效应具有灾害形成要素耦合和灾害演化过程耦合,并探讨了两种耦合内在的特征及两者互动作用。再次从复杂灾害事件角度出发,探究了灾害群、灾害链和灾害遭遇与灾害耦合效应的关系,提出灾害演化过程耦合与灾害演化网络视角下的灾害链过程具有一致性,灾害形成要素的耦合与广义的灾害遭遇具有一致性。最后该文提出了加强灾害耦合效应研究与实践的关键点。

暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合风险分析

为研究强降雨下山洪与漫坝耦合灾害对下游居民的影响程度和范围,应用HEC-RAS软件构建暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合模型。首先,以重庆市巴南区某山坪塘为研究对象,根据巴南区暴雨强度公式设计不同重现期的降雨雨型;其次,借助数字高程数据对山坪塘进行原始构建,采用参数化模型对溃坝楔口参数进行预测,结合物理溃坝机制模拟漫坝过程;最后,选取洪水深度、洪水流速和洪水滞留时间等3个评价指标进行洪水风险分析。研究结果表明,突发强降雨下的山洪形成迅速且山坪塘发生漫坝的机率极大;山坪塘漫坝会加重附近区域的洪水风险等级。

露天矿边坡岩体状态变化与多灾害耦合作用关系研究

为研究多种灾害耦合作用对露天矿矿坑边坡的影响,设置了合理的模拟场景,对边坡及坑底在这些灾害作用过程中的状态变化进行分析,包括塑性区、位移和最大主应力。结合当地水文地质特点,选择露天煤矿较为常见的灾害作用进行研究,包括矿坑渗水、煤层自燃和矿震产生的震动。根据水位变化划分为9次模拟,各模拟周期中的自燃和矿震均为随机发生。研究结果表明:边坡岩体各类塑性区显层层结构,水位变化对小高度差边坡塑性区影响较大;水和煤层自燃对岩体位移影响最大;高水位对矿震产生的岩体位移有抑制作用;水位较低时矿震对主应力的影响较大;煤层自燃在水位低时影响不大,高时产生较大影响。因此对于露天矿坑不建议注水,以免边坡失稳滑坡造成地表不均匀沉降和裂缝。

多灾害耦合矿井强冲击灾后恢复治理技术研究

针对多灾害耦合矿井发生冲击地压后工作面恢复难度大的现状,在多方调研、尊重科学的基础上,制定出"分次启封、逐段锁风、注氮惰化、稳步推进"的灾后治理方案,研究了水封巷道锁风启封、大流量注氮抑爆、密闭区瓦斯预抽、压差在线监测、联合强支护技术等全负压通风前灾害治理技术以及全负压通风后调节风窗均压技术,并且详细描述了启封过程。结果表明:采用该技术顺利实现了多灾害耦合工作面灾后的快速恢复,为工作面早日安全复产提供重要保障。

基于多灾害耦合叠加模型的区域地震风险评估

现实物质空间环境的多样导致地震及其引发的崩塌、滑坡等灾害具有关联复杂性,严重干扰减灾应急处理过程中的有效判断。因此,提出了一种基于多灾害耦合叠加模型的区域地震风险评估方法。首先,根据单一灾害在区域内产生风险值理论模型,推导出多种灾害在同一区域引起的风险耦合叠加模型。其次,以公共安全三角形理论为基础,从致灾因子威胁度、承灾体脆弱度、应急减灾能力3个维度构建区域内风险矩阵模型。再次,应用耗散结构理论和能量守恒定律得出地震触发多灾害的演变过程和各灾害间相关性,依据多灾害耦合叠加模型和风险矩阵评估区域及其内部个体的地震风险。对区域进行网格化,使用ArcGIS对每个网格点的地震风险结果进行可视化渲染。最后,以四川省甘孜藏族自治州相关区县为例进行评估,结果表明,新龙县和理塘县交界处地震风险较高,雅江县和道孚县地震风险处于次高范围,但区域内个体受多灾害侵袭的可能性较低。

基于冲击地压条件下园子沟煤矿多灾害耦合机理研究

本文以园子沟煤矿2煤及顶底板作为研究对象,针对其冲击地压件下多灾害耦合机理的相关分析。通过对各灾害致灾因素分析,总结相关的致灾机理,结合园子沟煤矿实际情况,在开采工艺、开拓部署、地质情况等方面给出治理灾害的理论依据。从源头上降低灾害对生产活动的影响,从而达到提高生产效益,降低灾害治理成本、保障安全生产的目的。

“人类世”背景下的灾害风险科学复杂性及前沿议题

灾害风险科学复杂性问题研究已成为当前学科发展的难题和热点。该文首先从“人类世”概念出发,阐述了环境变化对灾害风险的影响和解决灾害风险科学中复杂性议题的重要性。论述了系统思维下灾害风险科学的本质是探索区域灾害系统特征和机制,并探讨了区域灾害系统与社会-生态系统和人地关系地域系统的联系。在分析灾害风险科学发展新特征的基础上,对复杂系统和复杂网络的特点及其与灾害系统的内在联系进行了讨论,分析了复杂系统视角下的灾害系统过程和机制特点。最后阐述了灾害风险科学复杂性研究面临的秩序机遇、技术机遇和数据机遇,并提出了灾害风险科学复杂性研究的前沿议题。

采空区瓦斯煤火耦合灾害伦理风险评估

针对高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯抽采与煤自燃防治相互矛盾、相互制约的特点;分析瓦斯煤火耦合灾害的致灾机理,确定了影响采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害的主控因素,识别了现有瓦斯与煤自燃防治技术潜在的伦理风险,基于层次分析法建立了瓦斯煤火耦合灾害伦理风险评估模型;并在孔庄煤矿7436工作面进行了现场应用。结果表明:7436工作面回采期间发生煤自燃的权重为0.262 3,发生瓦斯灾害的权重为0.205 4,瓦斯煤火耦合灾害的发生权重为0.529,工作面回采期间应特别关注瓦斯煤火耦合灾害的发生,且在单独治理煤自燃灾害和瓦斯灾害时,煤自燃灾害发生的概率高于瓦斯灾害。

基于E-LVC技术的重大综合灾害耦合情景推演方法

面向大规模耦合灾害,提出了一种基于增强的真实操作、虚拟模拟、构造模拟(E-LVC)技术的重大综合灾害耦合情景推演方法,并研发了基于E-LVC的灾害救援机器人、大型实验装置、仿真和数据系统的动态交互技术。在耦合灾害场景下,救援机器人进入灾害现场,实时高效探索灾情现场环境并获取前线现场数据,基于E-LVC的动态交互技术实时地将灾情信息回传至控制台,构建环境地图和灾情现场情景,并显示在虚实结合的决策支持平台上,为"人在回路"的重大灾害情景推演和应急演练奠定基础。假定灾害耦合场景为北京发生大地震导致火灾并耦合风场作用,以人员疏散和城市大规模交通疏散为应急演练内容进行了案例研究,验证了所提出的情景推演方法的辅助决策能力。

耦合灾害风险的形成机理研究

系统地介绍了耦合灾害风险基本理论。首先,给出了耦合灾害风险的定义;其次,基于灾害系统理论和灾害风险评估理论,对耦合灾害风险进行了分类,进而分别从相关性、力的合成和风险矩阵三个方面讨论了其耦合效应;最后,根据类型和耦合效应,借助物理学中的触发器讨论耦合灾害风险形成机理,并分别举例说明了耦合效应及其形成机理。这些较为完整的基础理论为下一步耦合灾害风险评估的研究工作奠定理论基础;为防灾减灾提供对策与建议:避免"强耦合"效应的产生就应从源头上切除或削弱耦合灾害风险的产生条件,实现或转化为"零耦合"或"弱耦合"。

综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来,城市地标建筑的建设中,高层连体建筑越来越受到青睐,在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性,迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象,开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先,建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数,形成了多灾害联合易损性分析方法。随后,选取了地震动记录,开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟,并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后,基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合,开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明,结构易损性随着PGA和风速的增大而增大;相比单一灾害作用,地震与风耦合作用下,结构各破坏状态的失效概率均有所增加;当风速达40 m/s时,罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。

采空区自燃诱发瓦斯灾害耦合致灾特性及防控技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害特征及危险区域,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害形成条件及特征。以山西和顺天池矿井301工作面为例,提出并实施了采空区煤与瓦斯火灾害监测监控、高抽巷抽采瓦斯及灌浆防灭火等协同防治技术,保证了工作面安全开采。

四论灾害防御能力的基本定义与特征探讨

灾害防御能力建设是学界和实务界关注的焦点议题之一。该文在前期研究基础上,从灾害系统的角度出发,结合灾害耦合效应和复杂灾害事件,综合阐述了灾害风险科学角度下的灾害防御能力建设。首先阐述了灾害系统与灾害防御能力的关系,概述了灾害系统的结构体系和功能体系特征及进展,分析了孕灾环境防御能力建设、致灾因子防御能力建设和承灾体防御能力建设的关键内容。随后论述了灾害系统耦合效应下的灾害防御能力特征,认为灾害系统要素耦合和过程耦合是灾害影响放大的途径,灾害防御能力建设就是要优先实现零耦合和完全消减耦合,规避部分增长耦合和完全增长耦合。最后从复杂灾害事件出发,概述了灾害群、灾害链和灾害遭遇的特征,分析了灾害群防御能力建设、灾害链防御能力建设和灾害遭遇防御能力建设的内容,并提出了复杂灾害事件防御能力建设的关键点。

高瓦斯矿井采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控研究

以乌兰煤矿Ⅱ020803工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等手段对采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控进行研究,研究结果表明:瓦斯爆炸三角形区域主要位于工作面及沿空留巷区域,位于该区域混合气体浓度适宜,一旦遇到有足够能量的点火源时,就有可能发生爆炸。当同层位的采空区氧化带范围和可爆区域范围重合区域内遗煤发生氧化发应时,会使煤体及其周围温度升高,一旦超过CH4着火点温度时,就会发生瓦斯爆炸。采用高位瓦斯抽放与防灭火一体化钻孔及采空区动态隔离控制技术可使工作面隅角CO浓度、CH4浓度呈现下降趋势,可有效防控工作面瓦斯爆炸与煤自燃耦合灾害。

基于知识图谱的火灾及耦合灾害应急处置管理

阐述了基于知识图谱应急处置技术,将知识图谱与应急处置预案进行动态融合,利用数据融合技术整合多源异构数据,构建出火灾及耦合灾害知识图谱、灾害事理图谱、监管部门图谱等;通过知识图谱技术建立了数据和流程动态注入的多部门应急处置预案模型,实现了跨部门多主体高效的动态协同应急处置方法,为应急预案的生成提供数据基础与辅助决策支持。

白皎矿掘进期间火与瓦斯耦合灾害综合防治技术

针对白皎矿2274工作面掘进过程中出现的上邻近煤层采空区火与瓦斯耦合灾害威胁,利用采空区瓦斯易燃易爆浓度范围与自燃带宽度相叠加的火与瓦斯耦合区域判别方法,基于现场监测到的数据,获得自燃带和CH4易爆区间叠加区域为采空区内靠近回风侧方向距离工作面76~100 m。通过加强掘进巷道支护、全断面喷浆及上邻近层采空区注浆与瓦斯泄放钻孔一体化的综合防治措施,保障了矿井的安全生产。

耦合灾害多发的老矿井水平延深设计优化研究

兴安煤矿为冲击地压、煤与瓦斯突出、水、火等灾害耦合多发的老旧矿井,通过对五水平延深工程设计优化,简化了生产系统,减少了生产环节和人员数量,降低了管理难度和生产成本,为实现老旧矿井安全高效建设提供了新的思路。

综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域识别研究

为了定性定量研究综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域,探究了综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害特性,提出了采空区安全度与危险区域系数双重指标,建立了采空区瓦斯混合气体流动、气体组分对流扩散等多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟保德煤矿81505工作面不同供风量条件下采场O_(2)与瓦斯气体浓度分布特征。研究结果表明:采空区氧化带呈非对称性,进风侧宽度较大。采空区瓦斯积聚在采空区深部靠近回风侧的范围内。在模拟供风量里,氧化带宽度随供风量的增加而增加,而采空区最高瓦斯浓度与上隅角瓦斯浓度随供风量的增加逐渐减小。随着供风量的增加,危险区域往采空区深部逐渐拓宽,危险区域系数与供风量呈线性关系。在同等供风量条件下,采空区不同平面的危险区域系数随距离底板高度的增加而降低。

城市燃气输配管网耦合风险研究现状及展望

城市作为一个复杂的系统,其发展离不开天燃气等动力能源,城市燃气管网运行存在来至人、设备、环境以及管理等各方面的风险隐患耦合作用,同时随着城市社会经济的发展,其凸显脆弱性,燃气管网各种风险相互耦合并引发事故灾难,将会对城市造成极大的破坏,相关事故在国内外屡见不鲜。为了减少城市燃气管网灾害事故的发生,从风险耦合的角度出发,对多因素耦合作用下城市燃气管网灾害风险的研究现状进行文献分析,从而发掘已有研究存在的不足。通过对国内外城市燃气管网耦合灾害风险的大量相关文献进行分析,发现过往研究存在以下问题:1当前对多因素耦合作用下的城市燃气管网的灾害风险作用机理进行的研究较少;2缺乏对城市燃气管网多因素耦合灾害风险演化规律的研究;3对城市燃气管网多因素耦合灾害风险评估模型的研究也较少;4也没有对城市燃气管网多因素耦合灾害风险的动态管控策略开展研究。针对此四方面的问题,最后提出了在城市复杂环境下,燃气管网面对多风险因素耦合作用时的研究方向,对多因素耦合灾害风险理论发展以及城市安全运行和管理起到促进作用。