类陷落柱介质渗流突变机制试验研究

发布时间：2020-08-22 04:26

【摘要】：岩溶陷落柱是内部结构杂乱无章的特殊地质构造,易成为隐伏于煤层底板下的垂向导水通道,是华北地区石炭二叠系煤田的重大安全隐患。在采动影响下,底板隐伏陷落柱的突水通道通常由底板破坏带和陷落柱共同组成,为了研究其渗流突变机制,利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统,对不同底板破坏带条件下,隐伏陷落柱的渗流特性进行了试验研究。研究结果表明:渗流突变发生的根本原因是大颗粒流失导致破碎岩体孔隙结构改变;发生渗流突变时,流速随渗流边界孔隙直径的增大而增大,同时试样的初始孔隙度均大于0.21;未发生渗流突变时,渗流边界对渗流无显著影响,并且试样的渗透率随孔隙度的增大而增大,渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系;非Darcy流β因子为负是渗流突变发生的充分必要条件,非Darcy流β因子的大小决定渗流突变的剧烈程度。
【图文】：

装迤苹荡釳拖萋渲猹餐囹饔孟碌?渗流突变机制对解释隐伏陷落柱突水机制具有重要意义。因此，笔者采用现场取样，根据实际破碎岩体各尺寸岩块的质量比配比破碎岩体试样，利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统，分析了孔隙度、渗流边界、颗粒流失质量等因素对渗流突变的影响，讨论了破碎岩体渗流突变中非Darcy流β因子的意义，研究了隐伏陷落柱的渗流突变机制。研究成果可为隐伏陷落柱的水害防治提供理论依据。2陷落柱破碎岩体渗透性试验2.1试样样品陷落柱渗透性试验样品取自山西省长治市司马煤矿二采区陷落柱X3（见图1），样品主要为黄黑色破碎泥岩。试验缸筒直径为100mm，试样总质量为2000g，试样的最大直径取缸筒直径的1/5[13]，即为20mm。通过2.5～20mm的圆孔筛进行筛分后，根据实际样品各尺寸岩块的质量比（见表1）配制出试样。图1陷落柱X3Fig.1CollapsecolumnX3表1样品配比Table1Sampleratios粒径/mm质量比/%试样质量/g<2.516.8335.32.5～5.011.6232.15.0～8.017.8357.48.0～10.09.2183.610.0～12.012.0239.012.0～15.012.1242.215.0～20.020.2410.3样品总质量100.02000.02.2试验方法破碎岩体的渗透性试验采用中国矿业大学自主开发的渗透性试验装置，该装置由加载系统（见图2）、加压系统[13]、渗流系统[14]和数据采集系统组成。加载系统采用如图2所示MTS816伺服试验机。图2试验加载系统Fig.2Experimentalloadingsystem数据采集系统由电脑、无纸记录仪、压力传感器和电子天平等组成。压力传感器与无纸记录仪相连采集渗透压差；自主开发电子天平的采集程序采φ100mm02mm24mm20mm

?000g，试样的最大直径取缸筒直径的1/5[13]，即为20mm。通过2.5～20mm的圆孔筛进行筛分后，根据实际样品各尺寸岩块的质量比（见表1）配制出试样。图1陷落柱X3Fig.1CollapsecolumnX3表1样品配比Table1Sampleratios粒径/mm质量比/%试样质量/g<2.516.8335.32.5～5.011.6232.15.0～8.017.8357.48.0～10.09.2183.610.0～12.012.0239.012.0～15.012.1242.215.0～20.020.2410.3样品总质量100.02000.02.2试验方法破碎岩体的渗透性试验采用中国矿业大学自主开发的渗透性试验装置，该装置由加载系统（见图2）、加压系统[13]、渗流系统[14]和数据采集系统组成。加载系统采用如图2所示MTS816伺服试验机。图2试验加载系统Fig.2Experimentalloadingsystem数据采集系统由电脑、无纸记录仪、压力传感器和电子天平等组成。压力传感器与无纸记录仪相连采集渗透压差；自主开发电子天平的采集程序采φ100mm02mm24mm20mm

渗板

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本文编号：2800260