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裂隙内部溃砂运移特点及应力波动研究

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溃砂是指近松散层采掘时含砂量较高的水砂混合流体溃入井下工作面并造成财产损失及人员伤亡的一种矿井地质灾害。近年来由于东部煤炭资源的大量消耗，煤炭资源的开采逐渐向西部地区发展。本文通过自行设计的裂隙溃砂试验装置用2种石英砂颗粒以及3种天然砂样进行了溃砂试验，探究了溃砂的影响因素以及裂隙内部应力变化规律。
2种石英砂颗粒的试验表明，溃砂速度的大小主要取决于溃砂出口的宽度，总溃砂量取决于砂源区的砂量；受裂隙倾角的控制，裂隙通道的开启方式有局部空间扩展、局部空间移动、直接溃砂3类；根据颗粒的流动形态将溃砂过程中通道内的砂体分为整体流动区、稳定区和滚动区。
3种天然砂样的试验得出，溃砂后干砂和水砂流对裂隙壁的作用力自溃砂入口至出口呈减小的趋势；根据应力变化规律将水砂流中颗粒的运移分2类：一类为连续运移型，如砂样1，其粒径最小，裂隙内部应力变化连续。另一类为碰撞运移型，如砂样2、砂样3，其裂隙内部应力存在波动。。3种天然干砂溃砂时对裂隙壁存在周期性作用力，粒径大的颗粒对裂隙壁的作用力、应力波动幅值及应力波动周期均较大，运用Matlab插值分析得出应力波动频率约为3.2~3.6Hz。水砂流溃砂时仅粒径最大的砂样1仍存在应力波动，频率减小为2.7~3.5Hz，应力受粒径的控制增幅较小。
试验初步获得了裂隙内部砂体的运移规律和应力变化，对溃砂灾害的防治起到一定的指导作用。