裂隙內部潰砂運移特點及應力波動研究*

李 智 隋旺華 張新佳

LI Zhi①② SUI Wanghua①② ZHANG Xinjia①②

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裂隙內部潰砂運移特點及應力波動研究*

李 智①②隋旺華①②張新佳①②

隨著近年來煤炭資源的開采逐漸向西部地區發展，潰砂災害的防治也越來越受到關注。本文通過自行設計的裂隙潰砂試驗裝置用兩種石英砂顆粒以及3種天然砂樣進行了潰砂試驗，探究了潰砂的影響因素、運移特點以及裂隙內部應力變化規律。兩種石英砂顆粒的試驗表明，潰砂速度的大小主要取決于潰砂出口的寬度，總潰砂量取決于砂源區的砂量； 受裂隙傾角的控制，裂隙通道的開啟方式有局部空間擴展、局部空間移動、直接潰砂3類。3種天然砂樣的試驗得出，潰砂后干砂和水砂流對裂隙壁的作用力自潰砂入口至出口呈減小的趨勢； 根據應力變化規律將水砂流中顆粒的運移分兩類：碰撞運移型，其裂隙內部應力存在波動； 連續運移型，裂隙內部應力變化連續。3種天然干砂潰砂時對裂隙壁存在周期性作用力，粒徑大的顆粒對裂隙壁的作用力、應力波動幅值及應力波動周期均較大，運用Matlab插值分析得出應力波動頻率約為3.2～3.6Hz。水砂流潰砂時僅粒徑最大的砂樣仍存在應力波動，頻率減小為2.7～3.5Hz，應力受粒徑的控制增幅較小。試驗獲得了影響潰砂的主要因素以及砂體運移規律和應力波動現象，有助于進一步了解潰砂機理及裂隙內部應力變化情況，對潰砂災害的防治起到一定的指導作用。

潰砂 水砂混合流 應力波動

LI Zhi①②SUI Wanghua①②ZHANG Xinjia①②

0 引 言

潰砂是指近松散層采掘時含砂量較高的水砂混合流體潰入井下工作面并造成財產損失及人員傷亡的一種礦井地質災害。……