圍壓作用下不同級配破碎巖體的滲透試驗(yàn)研究

馬宇鵬，劉曉峰，李 檣

（1.山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司，山西 忻州 034000；2.河北工程大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；3.中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

突水是煤礦安全生產(chǎn)的重大危害之一，突水一般是由斷層的崩解引起。為了防止突水災(zāi)害，需要預(yù)測不同應(yīng)力狀態(tài)下巖層的涌水量，這就需要進(jìn)行大量的破碎巖體滲透試驗(yàn)。對于破碎巖體的滲流，很多學(xué)者[1-3]研究不同粒徑和滲透壓對破碎巖體滲透性的影響，結(jié)果表明，顆粒的直徑越大，滲透壓越高，滲透性率越大。但這些均是在剛性邊界下進(jìn)行的滲透試驗(yàn)，而在實(shí)際工程中，斷層中的破碎巖體承受著較大的應(yīng)力。馬占國等[4-7]學(xué)者利用滲透儀與MTS815 試驗(yàn)系統(tǒng)，對不同粒徑下的破碎巖體進(jìn)行不同軸壓下的滲透試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著軸壓的增大，滲透率呈降低趨勢；李順才[8]對不同粒徑和不同軸壓下破碎煤體進(jìn)行滲透試驗(yàn)，結(jié)果表明，軸壓從5 MPa 增大至15 MPa，滲透率系數(shù)減小了一個(gè)數(shù)量級。以上學(xué)者雖然考慮了軸壓和粒徑對破碎巖體滲透性的影響，但是忽略了圍壓對滲透性的影響。本文通過自主研制的破碎巖體滲透系統(tǒng)，對不同圍壓和不同粒徑下的破碎巖石進(jìn)行滲透試驗(yàn)，得出破碎巖體在不同應(yīng)力狀態(tài)下的滲透率，從而預(yù)測不同應(yīng)力狀態(tài)下破斷巖層的涌水量。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試樣的制備

以小紀(jì)汗煤層圍巖為試驗(yàn)對象，該圍巖為沉積巖。試驗(yàn)粒徑為0~0.5 mm、1.0 ~2.0 mm 和4.0 ~6.0 mm，將巖石破碎后用不同目的篩子按以上粒徑篩分，不同粒徑顆粒如圖1 所示。……