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随着落后产能煤矿的逐步淘汰,我国关闭矿井的数量不断增加,但废弃矿井采空区中仍赋存大量的煤炭、水、瓦斯等可利用资源,该资源的二次开发利用对区域经济的转型发展具有重要的现实意义,由于废弃矿井采空区内煤岩体破裂状况不清,水、瓦斯等流体赋存状态复杂,难以进行精准高效开发利用。其中覆岩破断裂隙是影响流体赋存的关键因素,它作为通道对采空区内水、瓦斯等流体的运移具有主导作用,它直接决定了采空区内水、瓦斯的空间赋存位置。因此探究废弃矿井采空区覆岩裂隙导通机理及多尺度渗流特性,可为废弃矿井资源的二次开发利用提供理论支撑。本文以废弃矿井采空区资源开发利用为研究目标,针对覆岩裂隙导通机理及其多尺度渗流特性,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的手段开展研究。通过单轴压缩试验探究了煤岩体的力学性质及其破裂过程,基于弹塑性力学理论探究了顶板覆岩破断力学机制,从标准试件的破裂和块体的断裂两个尺度研究了覆岩破断裂机制及裂隙通道特征;分别对原生裂隙煤岩体的渗流特性开展了研究,采用多场耦合试验压力机对原生裂隙岩体开展了水力耦合渗流试验,利用CT扫描技术从微细观的角度探究了原生裂隙煤体的孔裂隙特征及其渗流特性;最后针对采空区中瓦斯上浮和离层水下渗的现象,采用两相流界面追踪方法对采空区裂隙网络内水气两相渗流特性进行了模拟分析。主要研究内容及结果如下:（1）通过单轴压缩试验对煤岩体的力学性能进行了测试,联合声发射监测系统和数字散斑全场应变测量系统对破裂过程进行了监测,通过对比煤和砂岩的力学特性得出,煤与砂岩在单轴抗压强度、变形特征及破坏模式等方面存在明显的不同,砂岩的脆性破坏特征更加显著;声发射能量变化反映了破裂过程中弹性能的积累和释放过程,不同应力水平下声发射定位点演化特征呈现了煤岩体内部破裂及其扩展的方向,试件破坏的瞬间伴随能量的急剧释放破裂定位点骤增;采用数字散斑全场应变测量方法对试件表面位移场和应变场进行了定量监测,标记点的位移曲线可划分为初始变形、等速变形和加速变形三个阶段,试件表面位移场及应变场反映了裂隙从底部向顶部扩展呈现张拉破坏的模式。联合监测突破了传统以定性为主来判断破裂过程的局限性,更全面的反映了煤岩体破裂的过程。（2）从弹塑性力学的角度研究了覆岩破断的力学机制及断裂后裂隙的张开度特征,根据砌体梁结构关键块体运动演化过程及超前应力分布情况,建立了线性增压荷载悬臂梁模型,采用弹性力学应力逆解法获得了内应力分量解析解,结合Mohr-Coulomb剪切屈服破坏准则,推导了块体破裂迹线隐函数方程式,结果表明破裂迹线的形态与先天开采条件及岩层自身的力学特性相关,破裂迹线呈现“竖对号”的形态,说明在破裂的过程中裂纹会发生偏转,其中拐点的位置与岩层的内聚力和内摩擦角有关。另外随着块体长度的增加块体回转角度越来越小,相对应的张开度变化特征与目前线性假设存在明显的不同,回转后张开度沿破裂线呈现先增大后减小再增大的趋势,破断裂隙通道开度变化存在阈值。（3）采用多场耦合试验压力机对原生裂隙砂岩开展了不同围压及不同渗透压下的渗流试验,给出了加卸载路径下渗流流量随围压及渗透压变化的渗流规律,在加载过程中不同围压条件下渗流流量随渗透压表现出多样的变化趋势,随着围压的增大渗流流量增长类型分别呈现幂律型、线性型、指数型和双线性增长变化;在卸荷过程中随着围压的降低渗流流量呈现递增的趋势,但受到加载历史的影响,卸载路径下的渗流流量明显低于加载路径。进一步采用扫描仪对裂隙面的三维形貌特征进行了表征,并对各裂隙面的起伏高度平均值、标准偏差、均方根一阶导数、分形维数等进行了统计学分析,其中原生节理粗糙度系数集中在8～10的范围内,分形维数在1.07～1.16之间,裂隙面起伏高度频率直方图呈现高斯分布规律,且粗糙度系数越大其峰值所在的区间愈向右侧偏移。基于扫描数据对流体在裂隙面的渗流进行了模拟分析,结果表明裂隙面存在明显的优势渗流路径,水头压力分布存在明显的过渡区,由于裂隙面粗糙的几何形貌特征引起渗流流线及速度场呈现明显的非均匀分布,当流体从顶部向下方流动时,流体向开度较大的方向运移,造成裂隙面内流体分布的不均形成优势渗流,优势渗流路径的存在是造成粗糙裂隙面非达西渗流的主要原因。（4）利用CT扫描技术对原生裂隙煤体进行扫描试验,获得裂隙煤体的内部孔裂隙结构特征,采用三维可视化软件对裂隙煤体提取了表征单元,并对孔裂隙模型进行了三维重构,可以看出该原生裂隙煤体内部存在一条明显的宏观裂纹,周围分布次生裂隙及孔隙,孔隙在局部区域呈现连片状聚集分布,同时存在一些孤立的微孔。通过建立孔隙网络模型直观的再现了宏观裂缝和微观孔隙的分布情况,使原生裂隙煤体内部储层结构得到了比较精细的表征。对比分析裂隙煤表征单元体的渗流模拟结果可以看出,原始不含裂隙的煤体渗透率较低,渗流路径中内部几乎没有流线分布,而含裂隙的模拟结果表明流体沿主裂隙向下运移的同时,还会向周围连通的次生裂隙及孔中运移,形成了良好的渗流通道,导致了原生裂隙煤体渗透率的增大。（5）结合数字图像处理技术与相似模拟实验,对采空区覆岩裂隙几何参数（宽度、迹长、面积、周长和倾角等）进行了统计分析,构建了大尺度采空区裂隙网络几何模型,基于废弃矿井采空区上方离层水下渗和垮落带瓦斯上浮的现象,采用界面追踪模型精细地捕捉了水气两相渗流的过程。覆岩采动裂隙整体呈现梯形状,内部层间离层裂隙与纵向破断裂隙纵横交错、互相贯通,两种裂隙的开度、面积和周长呈现指数分布,裂隙迹长呈现对数正态分布,裂隙倾角呈现正态分布;模拟结果表明由于裂隙内渗流速度的不均衡性,在采空区两侧裂隙形成了明显的优势渗流通道,同时发现在高位横向层间离层裂隙存在瓦斯滞留区,裂隙两端存在被封堵、交叉点处存在偏流等现象,揭示了大尺度裂隙网络内水气两相渗流特性。本文针对采空区破断裂隙进行了全方位多尺度的研究,理清了采空区破断裂隙的空间几何分布形态,揭示了废弃矿井采空区裂隙网络水气两相多尺度渗流特性,研究成果对于废弃矿井采空区资源的再利用具有一定的指导意义。