深埋弱胶结顶板离层型水砂突涌启动机制试验研究
杜明泽
煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013;煤矿灾害防控全国重点实验室,北京 100013;北京市煤矿安全工程技术研究中心,北京 100013;山西省矿井地球物理勘探技术创新中心,山西 晋城 048006
摘要：西北深埋侏罗纪煤系地层具有成岩时间晚,泥岩遇水泥化、膨胀,砂岩胶结强度低、遇水可崩解的特点,在弱富水条件下发生多起离层型水砂突涌灾害.针对泥砂岩互层结构顶板离层型水砂突涌启动机制不清、灾害难以预测的问题,采用水砂突涌启动试验装置,通过注气补压的方式,实现了水压的动态调控;设计了 25组静、动水压正交试验,获得了水头高度、裂隙宽度、裂隙角度、黏土层厚度和颗粒级配等主控因素对水砂突涌的影响规律,分析了水砂突涌启动的阶段性特征;采用响应面法,建立了水砂突涌隶属数值与各主控因素之间的二次多项式回归方程,分析了各主控因素及两两交互因素对水砂突涌启动的影响大小;对比分析了静、动水压作用下水砂突涌启动灾变现象,阐述了静、动水压作用下水砂启动的差异.结果表明:采用注气补压的方式实现了离层汇水聚压过程的模拟,为模拟研究离层汇水聚压提供了新的思路;水砂突涌启动具有明显的阶段特征,可划分为初始渗水阶段、加速渗流阶段、管涌阶段和水砂突涌 4个阶段;各主控因素对水砂突涌隶属数值的影响程度分别为黏土层厚度>水头高度>裂隙宽度>裂隙角度>颗粒级配;动水压作用下加速了水砂突涌灾害的发生,其排序为持续注气补压>间歇注气补压>静水压力.研究结果可为西部深埋侏罗纪煤田顶板离层型水砂突涌灾害防治提供理论基础.
关键词：矿井水害离层型水砂突涌弱胶结启动机制响应面法
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52104196)中煤科工集团科技创新创业资金专项重点资助项目(2019-ZD004)煤炭科学技术研究院有限公司科技发展基金资助项目(2022CX-I-11)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 156-168 )
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