煤矿地下水库坝基层间岩体破坏及突渗力学模型

煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验和三轴循环加卸载渗流耦合试验。结果表明：下煤层工作面朝上部水库推进过程中层间岩层发生拉伸剪切破坏，裂隙逐渐向水库坝体方向延伸，采用数字散斑方法观测到坝基岩体裂隙网络由离散局部变形连通形成宏观裂缝，并贯穿至煤柱坝体；从几何和拓扑角度定量地分析了裂隙网络的幂律分布特征，证实了裂隙演化在空间上存在连通概率，岩层的裂隙网络连通属于渐进式，区别于岩石试件裂隙激增式扩展过程。综合考虑原岩应力、初始采动应力、循环加卸载等作用，发现采动应力导致煤体的体胀作用远大于砂岩，砂岩作为硬岩关键层有利于抑制裂隙扩展和渗透增加；采用基于分数阶理论的非达西渗透率公式计算瞬态法测试的渗透率，相比常规计算方法具有更好的灵敏性，渗透率突变伴随着应力突降、体应变激增、破裂信号陡增等行为，揭示了渗透率的本质是裂隙网络的拓扑连接，提出了突渗的力学定义和拓扑定义。采用逾渗理论将裂隙网络连通视为连续相至非连续相的跳跃行...