煤矿突水机理研究：岩层渗流失稳分析

"从岩层渗流失稳的视角认识煤矿突水机理，通过建立非Darcy渗流模型探讨矿井突水的力学机制，强调岩层的渗透特性、厚度和流体性质对突水的影响。" 文章深入研究了煤矿突水这一严重灾害的机理，从岩层渗流失稳的角度出发，提出了新的理论模型。作者们将岩体视为多层不同渗透特性的多孔介质，构建了一个非Darcy渗流系统的非线性动力学模型。他们分析了系统的平衡态，利用分离变量法确定了系统失稳的条件，从而揭示了矿井突水是由岩体渗流系统的不稳定引发的。 在研究中，作者们指出矿井突水的发生不仅与各层岩石的厚度、渗透率有关，还受到渗流液体的力学性质以及边界压力的影响。当这些参数达到一定条件时，渗流系统会失去稳定性，导致突发性涌水事件。特别是，如果某一层岩石的渗透率远低于其他层，且其非Darcy流β因子显著高于其他层，那么该层将成为决定系统稳定性的关键层。 文章引用了过去几十年我国煤矿突水事故的统计数据，强调了突水灾害的严重性和防治的重要性。虽然过去的研究提出了一些力学模型，如流-固耦合模型、渗流-应力-温度多场耦合模型等，但它们较少关注岩体的几何特性和渗流特性。本文的工作尝试弥补这一空白，引入了峰后岩石非Darcy流失稳的概念，并考虑了岩层之间的差异性，使模型更接近实际工程情况。 通过建立的非线性动力学模型，研究者能够更好地理解突水的触发因素，这为预防和减轻矿井突水灾害提供了理论依据。未来的研究可以进一步探讨如何基于这些模型来优化矿井的防水设计和灾害预警系统，以提高煤矿的安全性。 关键词：煤矿突水，非Darcy流，渗透特性，稳定性，层状岩体，渗流动力学模型 1. 引言部分介绍了矿井突水的危害和研究背景，指出现有模型与实际工程的差距。 2. 模型部分详细阐述了层状岩体的非线性动力学模型，包括岩层的结构描述和渗流失稳条件。 3. 结果与讨论部分揭示了关键岩层在渗流稳定性中的作用，以及影响突水的各种因素。 4. 研究的意义在于为矿井突水防治提供新的理论支持和防治策略的方向。 从岩层渗流失稳的视角研究煤矿突水机理，对于理解并预测矿井突水事件具有重要的理论和实践价值。通过深入研究岩体的渗透特性，可以为矿井安全管理和防灾减灾提供更为科学的依据。