断层破碎带岩体孔隙结构表征与非线性渗流特性
马丹1
李樯2
张吉雄1
刘勇2
侯文涛2
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116
摘要：为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理,有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结构和渗透特性.研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置,提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙结构测试和渗流试验方法,研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布特征、孔隙分形特征和非线性渗流行为的影响规律,构建了基于核磁共振的承压破碎岩体渗透率预测模型.试验结果表明:①颗粒分形维数为2.6的连续级配和间断级配破碎岩体的孔径分布均为三峰结构,级配破碎岩体中小颗粒的缺失会导致孔隙率和最大孔径增大,降低破碎岩体的压缩性,增大应力可促使渗流孔向束缚孔转变,降低破碎岩体的压缩性.②渗流孔隙率对级配破碎岩体渗透率起主导作用,束缚孔隙率对渗透率的影响较小,增大应力会降低破碎岩体渗透性,大颗粒的缺失会导致级配破碎岩体渗透率减小.③连续级配和间断级配破碎岩体的非线性渗流特性均可用Forchheimer方程描述,应力影响下破碎岩体的渗透率和非Darcy流β因子变化趋势相反,小颗粒的缺失会导致级配破碎岩体非Darcy流β因子减小.④构建了基于核磁共振的级配破碎岩体渗透率预测模型,通过剔除束缚孔的影响并引入渗流孔的加权贡献,可显著提高级配破碎岩体渗透率预测效果的准确性.研究结果为发展煤矿采动突水灾害理论和防控技术提供了科学依据.
关键词：断层破碎带破碎岩体孔隙结构渗流特性预测模型
分类号：TD315(矿山压力与支护)TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52122404)国家自然科学基金(41977238)
论文发表日期：2023-02-28
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：12( 666-677 )
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