煤层底板陷落柱突水的塞子模型及机理分析
岩溶陷落柱是中国华北煤田广泛发育的地质现象。如果采矿作业对含导水陷落柱产生扰动，则可能发生严重突水事故。水在陷落柱中的渗流是变质量的非线性动力学过程，陷落柱与外界之间的质量交换造成陷落柱渗透特性的显著甚至急剧变化，当陷落柱的孔隙度大到一定程度时，水在陷落柱的渗流将失去稳定性，从而引发突水灾害。通过注浆等技术实现外界质量并入陷落柱，可以减小陷落柱的孔隙度，使得渗流速度随时间连续减小，从而防止突水并保护地下水资源。为了从变质量系统动力学和非线性动力学两个视角揭示含有陷落柱的煤层底板突水机理，提出了一种塞子模型描述底板渗流行为。定义了一种与预期孔隙度相关的系数—孔隙度变化系数，将质量交换时间与孔隙度变化系数作为特征参数描述陷落柱及其围岩中的渗流过程。结果表明:如果陷落柱及其围岩与外界不发生质量交换，则渗流速度经过一段时间演化后达到稳定值；如果陷落柱及其围岩向外界分离质量，则渗流速度随时间单调增大，由渗流状态转化为管流状态；如果外界质量并入陷落柱及其围岩，则渗流速度经过一段时间后单调下降，并且趋近零。陷落柱及其围岩向采空区分离质量，可能引发渗流失稳，并形成矿井突水灾害。
煤层底板 陷落柱突水 渗流速度 变质量 非线性动力学 塞子模型
缪协兴 白海波 陈占清
中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州 221008 中国矿业大学,徐州 221008 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州 221008
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2009-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）