本文以西部高强度开采条件下小纪汗煤矿覆岩(土)的工程地质条件、水文地质条件为背景,以颗粒流动理论、水砂运移理论为指导,通过试验研究开采引起的松散砂溃砂流动运移规律及机理。在分析总结陕北煤矿区溃砂特性、研究小纪汗矿区覆岩(土)的工程地质、水文地质特征基础上,采用室内模型试验探究突水溃砂过程中因素及机理。取得的主要研究成果如下:(1)结合煤矿溃砂案例,概括了陕北矿区溃砂的基本特性,即:水量大、含砂比高、波及地表等。详细研究了小纪汗井田的工程地质条件和水文地质条件,从水砂物源、溃砂通道和水动力条件分析了影响溃砂的因素,得出:溃砂的砂源主要来自风积砂和第四系萨拉乌苏组的冲积砂;水源主要来自萨拉乌苏组孔隙含水层;溃砂通道主要是基岩风化带薄的区域的天然溃砂通道和开采引起的覆岩破坏带。(2)对溃砂流动过程的分析表明,干砂具备较好的流动性,饱和水砂也具备较好流动性形成水砂混合流;而当砂土中具有较小的含水量时,由于毛细作用,具有一定的假粘聚力,呈现出一定的稳定性。当含水量从0过渡到饱和时,存在一个含水量,在大于该含水量后,砂土的假粘聚力变为0,水砂混合物容易形成流动。本文将假粘聚力为0时的含水量定义为溃砂启动含水量:即水砂混合物在自重应力下由稳态转变为流态的含水量。模型试验结果验证了溃砂启动含水量的存在。(3)对砂土的直接剪切试验表明,内摩擦角随着含水量的增加先减小后增加,在10%的含水量时存在最小值;假粘聚力随着含水量增加呈二次曲线先增加后减小。最大假粘聚力时,含水量随着粒径增大呈指数递减;同一含水量下的假粘聚力随着粒径有减小的趋势。(4)研究了溃砂的质量流量变化特征。水砂混合物质量流量先增大后降低后分阶段周期性降低。砂厚/水头高度的值越小,所形成的漏斗开口越大,越近似于锥形。淹没于水面以下,漏斗表面砂颗粒是在重力和动水冲力共同作用沿着坡面进行坡面流。当裂隙开启溃砂发生,裂隙周围底板孔压会瞬时响应,都会呈现不同程度的孔压降低和震荡变化。土压力增大比例约在15%-20%。底板上的土压力存在明显的土拱效应。(5)结合溃砂剖面特征二维溃砂剖面概化了溃砂概念模型,发现裂隙开启瞬时整个溃砂剖面竖直方向首先流动响应,从溃砂剖面结合孔压变化,提出通道开启后的基岩面孔压分布范围,并给出了分布计算式。参考地下水井流影响半径的分析思路,提出瞬时孔压影响半径这一概念,并得出了半经验公式。孔压引起的水力坡度比水位变化引起的水力坡度响应要早,这一改变将促进溃砂的形成。