煤炭科学技术

作者：李桂臣, 沃小芳, 杨森, 孙元田, 李菁华, 郝浩然, 邵泽宇,

关键词：突水垮塌, 流固耦合, 流动特性, 颗粒分选, 堆堵机理,

矿井突水垮塌事故是破坏性巨大的地质灾害之一，其中流固两相流的运动与堆积行为直接决定了灾害的演化规模与治理难度。矿井突水垮塌事故中，准确预测不同地质背景条件下碎石流动与堆积特征对灾害的治理至关重要。突水垮塌事故造成垮塌散体在井下搬运和堆积，使垮塌灾情更加复杂。通过室内物理模型试验和CFD-DEM耦合数值模拟，系统研究了不同水压及巷道倾角条件下的矿井突水垮塌事故中碎石运移堆积特征。研究通过物理模型试验宏观再现了碎石从突水口涌出至最终稳定的动态过程，并结合流固耦合模拟揭示了垮塌散体宏细观力学机制。研究结果显示，碎石运移堆积过程呈现初步堆积、快速扩散与稳定堆积3个阶段，且堆积体层序与初始层序保持一致。随着水压增大，突水口下方形成“M”形双峰堆积，巷道倾角增大则使堆积体扩散距离变远、堆积更集中、横向脊更明显、堆积高度增加。在宏观分布上，颗粒粒径呈现显著分选特征，即大颗粒堆积于堆积体前端与外围，小颗粒分布于后端与底部。在细观接触特征分析上，堆积体配位数云图整体呈“四周低、中心高”的分布模式，且其峰值随水压与倾角的增大均呈现先增后降的趋势。对多因素影响下碎石堆积运移特征的研究，可为矿井突水垮塌事故中救援通道的快速构建方案优化与施工安全风险评估提供关键的数据支持和理论指导。

来源：2026年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2026年第2期