泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 52; no. 5; pp. 46 - 59
• Main Authors: 刘伟韬, 赵吉园, 霍志超, 杨春辉, 韩梦珂, 吴海凤, 李蓓蓓
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东科技大学省部共建矿山岩层智能控制与绿色开采国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590 2024; 山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590%山东鼎安检测技术有限公司,山东济南 250032%山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590%山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590; 山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590
• Subjects: 破碎岩体; 特殊开采; seepage experiment; 多孔介质; porous medium; nonlinear seepage flow; 渗流实验; special mining; 非线性渗流; crushed rock
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2023-1152

TD713; 断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型.为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性.结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性.建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路.