由于煤层埋藏浅、厚度大、赋存条件好,西部矿区多采取高强度开采方式,薄基岩矿井经高强度开采后破碎(冒落)带常直接导通松散沙层,受到水沙突涌灾害威胁。为揭示采动后顶板破碎岩体水沙突涌及失稳破坏机理,本文围绕水-岩(细小颗粒)-沙混合流体运移与破碎岩体骨架孔隙时空演化相互作用关键科学问题,综合采用理论建模、室内试验、数值模拟等方法研究了破碎岩体的水-岩-沙混合流模型渗流场时空演化规律及失稳特征。得到以下创新性成果:(1)建立水-岩-沙混合流模型:(1)水-岩-沙混合流体质量浓度、质量守恒、连续性方程,(2)描述岩体骨架孔隙率演化的细小颗粒迁移本构方程,(3)混合流体的非Darcy流(动量守恒)方程;利用其分析了渗流导致岩体失稳破坏的特征;并基于Galerkin有限元法和有限差分法,给出了混合流模型和失稳特征的数值求解方法。(2)根据混合流模型控制参数与渗流场时空演化特征,研制了相应的试验系统:(1)材料单元测试系统采用“圆柱体”渗透仪对模型的控制参数进行确定;(2)依据顶板破碎岩体呈“倒梯形”分布的特征,创新了可测试破碎岩体孔隙率时空演化的试验系统,该渗流场测试系统采用“圆锥体”渗透仪对孔隙率、风积沙流出量的时间演化及最终孔隙率的空间分布进行测试。(3)将混合流模型合理简化为水-沙、水-岩混合流模型,通过试验验证了三种模型的准确性,比较三种模型的渗流场时空演化规律差异,说明细小颗粒迁移导致孔隙率增大可加剧风积沙流出率,风积沙的流动阻力作用可减缓细小岩体颗粒的迁移;通过对水-岩、水-岩-沙混合流模型应力场计算,表明风积沙的流动阻力可减小剪应力并延长失稳破坏时间。(4)依据混合流模型的渗流场时空演化规律,提出了水沙突涌的定量计算方法。分析了凉水井煤矿易发生水沙突涌灾害的原因,将混合流模型应用于现场模拟,得到了水沙突涌的影响规律,据此初步给出了相应的防治技术手段。