刘亚群，周宏伟，李翼虎，易海洋，薛东杰

（1.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

浅埋煤层开采突水溃砂的颗粒流模拟研究

刘亚群1，周宏伟1，李翼虎2，易海洋1，薛东杰1

（1.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

为研究浅埋煤层开采下突水溃砂的覆松散层渗透破坏、水砂耦合流动及突涌规律，指导预防突水溃砂灾害的发生提供依据，采用二维颗粒流软件PFC2D分别对上覆松散层渗透变形破坏、水砂混合流运移过程进行数值模拟研究，建立了浅埋煤层开采突水溃砂的数值模拟模型。结果表明：上覆松散含水层的初始水压力与裂隙通道的宽度对松散层的渗透变形破坏过程有较大影响。当含水层初始水压力增加时，裂隙处流体的流速、颗粒间的接触应力均明显增加，且呈现出非线性增长趋势；水砂混合流的突出时间以及突出速度与裂隙通道的倾角、粗糙度相关。同时根据水砂混合流的Y方向突出速度大小的波动变化规律，预测了2种可能存在的水砂突出类型；含水层的初始水压力影响突水溃砂的发生及运移过程,由此提出了通过疏放松散层水来预防突水溃砂灾害发生的方法。

浅埋；突水溃砂；PFC2D；渗透变形；裂隙通道

0 引 言

在浅埋煤层开采过程中经常会遇到上覆松散层含砂含水率较高的情况，这时由上覆岩层的冒落带和裂隙带形成的裂隙通道导通松散含水层，在一定条件下松散含水层发生渗透变形破坏，水砂混合流很容易通过采动过程中产生的裂隙突涌到煤层开采的工作面，此类灾害常不仅淹没矿井及开采设备，而且对井下作业人员生命安全造成严重威胁。……