颗粒流失对陷落柱充填物孔隙结构及突水行为的影响
张天军1
张秀锋2
庞明坤1
刘楠2
张硕2
高航标3
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100542.西安科技大学理学院,陕西西安 7100543.陕西省崔家沟煤矿,陕西铜川727101
摘要：陷落柱充填物的颗粒流失是诱发矿井突水事故的重要原因之一.为了研究陷落柱充填物在颗粒流失过程中初始级配与孔隙结构、粒度分布间的关系,利用变质量破碎岩体渗流试验系统,采用稳态渗流法得到分级加载条件下陷落柱充填物的颗粒演化规律和粒度分布特征,进而分析颗粒流失过程中的孔隙结构和水流突变规律.结果表明:①陷落柱充填物岩样普遍存在大量微观孔洞、裂缝和颗粒拼接等结构,颗粒流失在很大程度上取决于试样自身属性,外部荷载F和渗透压力P只起某种促进作用;②流失前后的充填物颗粒满足分形条件,具有分形特征,整个渗透流失过程中细小颗粒占比高达34.4％,试样颗粒的分形维数D 随级配n值的增大而减小,流失颗粒中级配值n=0.3和n=0.9的试样更易于破坏,造成结构性失稳;③整个渗透历程中孔隙度存在2个骤减区段,其值分别出现在渗透历程的63 s和484 s左右,孔隙结构的调整与粒径级配有关,水流与试样间的往复作用会在进出水口形成稳定的导水通道,渗透后充填体内部存在孔洞、塌陷和空腔;④ 颗粒流失下的试样突水过程可分为初始渗流、灾变失稳和管流涌水3个阶段,各阶段下的流速和时间关系总体上趋近一致,突水过程一般会持续5～10 s.渗透过程中溃出物的质量m与Talbol幂指数n值可用指数函数拟合,溃出物的质量随Talbol幂指数n值的增大而增大,且充填体结构崩塌时会出现明显的水流喷溅、水位差浮动和压头掉落现象.
关键词：颗粒流失陷落柱孔隙结构突水分形特征
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(51774234)国家自然科学基金(51874234)陕西省自然科学基金面上项目(2021JM-390)
论文发表日期：2021-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 3245-3254 )
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