煤田地质与勘探

作者：张士川, 黄普, 李杨杨, 王成功, 吴振华,

关键词：煤矿, 断层活化, 水砂混合物, 突水灾变, 正交试验, 影响因素, 失稳条件,

背景在煤炭地下开采过程中，断层内水砂混合物可能突涌至矿井底板，尤其在断层富水性强、充填物结构松散条件下，突涌灾害更为显著，严重威胁矿井安全生产。现有研究多集中于单一因素对突涌灾害的影响，因此系统研究多因素共同作用下断层内水砂混合物突涌规律具有重要意义。方法基于流体力学与颗粒力学理论推导水砂混合物的失稳条件和流量公式，并通过三因素四水平正交试验方法，利用破碎岩石变形−渗流试验系统，研究黏土质量分数、砂石粒径和初始水压对突涌行为的影响。结果和结论黏土对突涌行为具有显著抑制作用，当黏土质量分数达到40%时，突涌现象表现为极低的流量和负荷；初始水压为突涌主要驱动力，其增大会导致突涌强度显著增加；砂石粒径对突涌现象有着非线性调节作用，较小粒径与较大粒径均易使系统失稳，适中的砂石粒径可在渗透性和系统稳定性之间达到平衡；通过多因素统计分析，明确各因素对突涌现象的影响程度由大到小为：黏土含量(即黏土质量分数)、初始水压、砂石粒径，预测使流量、负荷和孔隙水压分别达到最小的最优试验条件组合为：黏土质量分数30%、初始水压0.3 MPa、砂石粒径分别为0.3,0.5、1,2)和0.5,1.0) mm。研究成果可为采动活化断层导致的水砂突涌灾害防治提供理论依据。

来源：2025年第7期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2025年第7期