Pore structure characterization and nonlinear seepage characteristics of rock mass in fault fracture zones
MA Dan,LI Qiang,ZHANG Jixiong,LIU Yong,HOU Wentao
为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理,有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结 构和渗透特性。 研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置,提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙 结构测试和渗流试验方法,研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布特征、孔隙分形特征和非线性渗 流行为的影响规律,构建了基于核磁共振的承压破碎岩体渗透率预测模型。 试验结果表明:1 颗 粒分形维数为 2.6 的连续级配和间断级配破碎岩体的孔径分布均为三峰结构,级配破碎岩体中小 颗粒的缺失会导致孔隙率和最大孔径增大,降低破碎岩体的压缩性,增大应力可促使渗流孔向束缚 孔转变,降低破碎岩体的压缩性。 2 渗流孔隙率对级配破碎岩体渗透率起主导作用,束缚孔隙率 对渗透率的影响较小,增大应力会降低破碎岩体渗透性,大颗粒的缺失会导致级配破碎岩体渗透率 减小。 3 连续级配和间断级配破碎岩体的非线性渗流特性均可用 Forchheimer 方程描述,应力影 响下破碎岩体的渗透率和非 Darcy 流 β 因子变化趋势相反,小颗粒的缺失会导致级配破碎岩体非 Darcy 流 β 因子减小。 4 构建了基于核磁共振的级配破碎岩体渗透率预测模型,通过剔除束缚孔 的影响并引入渗流孔的加权贡献,可显著提高级配破碎岩体渗透率预测效果的准确性。 研究结果 为发展煤矿采动突水灾害理论和防控技术提供了科学依据。
fracture zone of faults;fractured rock;pore structure;seepage characteristics;prediction model
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会