破碎岩体水沙两相渗透特性与灾害防治研究

"本文主要探讨了破碎岩体水沙两相渗透特性的研究进展，重点关注西部矿区浅埋煤层采动过程中可能出现的突水溃沙灾害。通过对两相流理论的分析，作者指出破碎岩体中的水沙混合流动是非Darcy渗流且非Newton流体，适合采用双流体连续介质模型进行模拟。文中提到了关键的渗透特性参数，包括流度、非Darcy流β因子和加速度系数，并讨论了如何通过沙相压力梯度和渗流速度的时间序列数据，结合数值分析方法来提取这些参数。此外，研究还发现，随着破碎岩体粒径增大，非Darcy流β因子和加速度系数降低，而流度增加。这项研究对于理解和预测矿井中的水沙两相渗流行为，以及防治突水溃沙灾害具有重要意义。" 在实际的矿产开采过程中，尤其是西部地区的浅埋煤层开采，破碎岩体的水沙两相渗透特性是一个关键的安全问题。由于地质条件的复杂性，破碎岩体会形成特殊的水沙混合流动状态，这种流动模式并不符合传统的Darcy定律，即水流速度与压差不成线性关系，而是表现出非线性特征。因此，研究人员引入了非Darcy流的概念，同时考虑到流体的粘性和颗粒的运动，提出了双流体连续介质模型，这能更准确地描述水沙两相在破碎岩体内的动态行为。 流度是描述流体流动能力的重要参数，它综合反映了流体的粘度和速度。非Darcy流β因子则反映了水流在非均匀介质中流动时的阻力情况，其值越大，说明阻力越大，水流速度下降得越快。加速度系数则是描述流体因速度变化而产生的附加压降，对分析流体动力学特性有重要作用。 为了量化这些特性，研究人员构建了沙相压力梯度和渗流速度的时间序列，并结合数值模拟技术，提取了水沙两相的渗透特性参数。这种方法能够帮助科学家理解不同粒径的破碎岩体对水沙两相流动的影响。研究表明，随着岩体粒径增大，颗粒间的空隙可能会增大，导致水流阻力减小，从而使得非Darcy流β因子和加速度系数降低，而流度增加，这意味着流体流动更加顺畅。 这个领域的研究对于煤矿安全具有深远影响，因为正确预测和控制水沙两相渗流可以帮助预防或减轻突水溃沙灾害，保障矿工的生命安全，同时也有助于优化矿井排水系统的设计和开采策略。未来的研究可能将进一步细化对破碎岩体内部水沙两相流动的建模，以及探索更多影响因素，如温度、岩石类型和地下水化学成分等，以提升预测的精度和实用性。