随着煤矿的大规模开采,在矿区形成大面积的采空区,从而造成地下岩体应力重新分布和岩体破裂损伤。这种损伤使得岩体的裂隙率及渗透性产生极大的改变,进而导致采空区上覆含水层向矿井渗漏,可能使上覆含水层疏干,对当地生活生产活动产生影响。然而煤矿开采必然会遇到裂隙岩体渗流问题,因而采空区上覆岩体渗流特性的研究对于促进煤矿安全生产、实现煤矿绿色开采和煤炭工业的可持续发展有着重要的工程实践价值。为了研究采空区不同部位岩层裂隙率与渗透性关系,本文设计采空区相似模拟实验,研究煤层采完后覆岩裂隙发育情况并统计不同部位岩层的裂隙率,归纳分析了采动裂隙岩体的断裂破坏特征;根据采空区相似模拟实验得出的裂隙发育情况及裂隙率建立与之相似的简化裂隙物理模型,并设计了采空区冒落带破碎岩石渗透实验系统、采空区裂隙带岩体水平渗透实验系统、采空区裂隙带岩体垂直渗透实验系统。上述渗透实验系统可测试采空区不同部位岩体的渗透性,最后结合模型实验得出的裂隙率结果,对采空区不同部位岩层裂隙率与其渗透特性的关系进行分析。主要成果如下:(1)根据相似模拟实验结果,探讨煤层开采后覆岩裂隙发育规律,并分析描述了采空区“竖三带”和“横三区”裂隙分布特征,并对采空区不同部位岩层裂隙率进行了统计。(2)根据采空区冒落带破碎岩体渗流特性实验表明,渗流的水力梯度和渗流速度不符合达西定律,而呈乘幂曲线关系,并计算出了采空区冒落带不同裂隙率岩体的渗透系数。实验结果还表明,破碎岩体的渗透性不仅与裂隙率有关,还与岩样的粒径以及裂隙结构有关。(3)根据采空区裂隙带渗流特性实验表明,渗流的水力梯度和渗流速度同样不符合达西定律,也呈乘幂曲线关系,并计算出了采空区裂隙带不同部位岩体的渗透系数。实验结果还表明,裂隙带岩体的渗透性不仅与裂隙率有关,还与岩体的裂隙连通性。(4)根据采空区裂隙带渗流特性实验结果表明,相同裂隙率及裂隙结构岩体其水平方向渗透系数和垂直方向渗透系数差异明显,水平方向渗透系数一般为垂直方向渗透系数的20倍。