随着煤矿进入深部开采阶段,复杂地质环境条件下煤岩体流变特性显著,巷道围岩稳定控制更加困难,煤矿安全生产所面临的挑战更加严峻。特别地,对于一些处于富水区域的煤矿,地下水渗流作用加快了巷道围岩的变形,围岩内部裂隙发育极易导致地下水涌入巷道,诱发突水等矿井灾害事故。煤岩介质渗流-蠕变损伤破裂特征及其蠕变模型研究是实现巷道围岩稳定性控制的理论基础。本文设计并组建适合完整岩石试样渗流-蠕变耦合试验系统,以典型煤层顶板砂岩为研究对象,结合扫描电镜SEM试验,从宏观与细观两个层面系统研究渗流作用下砂岩蠕变损伤破裂机理,基于分数阶微积分理论,建立相应的渗流-蠕变模型。主要取得以下研究成果:(1)对煤系砂岩开展四种情况下的渗流-蠕变耦合试验,获得砂岩蠕变特性曲线,研究渗透压力与围压对砂岩蠕变特性及渗透特性的影响,明确砂岩最大蠕变量、不同阶段蠕变变形速率、渗透速率、渗透率等参数的变化规律。(2)系统研究砂岩渗流-蠕变破坏的宏观特征,如宏观破坏方式、破裂面粗糙度等;基于扫描电镜SEM试验,获得不同条件下砂岩渗流-蠕变破坏断口细观特征形貌,分析砂岩损伤断裂模式随围压与渗透压力的演化规律;建立砂岩局部细观断裂与宏观破坏之间的联系,揭示渗流作用下砂岩蠕变断裂机制。(3)基于岩石蠕变理论、分数阶微积分理论,以基本力学元件为基础,按照串并联法则,建立煤系砂岩整数阶与分数阶非线性粘弹塑性三维蠕变模型,基于太沙基应力原理,建立煤系砂岩整数阶与分数阶渗流-蠕变模型,利用最小二乘法确定模型参数,对整数阶与分数阶模型的精度进行评价。(4)基于分布阶微积分理论,应用单元网络思想,以分布阶粘壶为基础,建立分布阶三参量固体模型,通过具体算例分析岩石材料的流变特性;以单个含损伤的分数阶粘壶为基础,提出含损伤分布阶粘壶,以整数阶西原模型为基础,建立含损伤的分布阶西原模型,通过具体算例,分析煤系砂岩的损伤蠕变特性。研究结论可为深部富含水域煤矿巷道围岩稳定性控制及突水灾害等防治提供理论依据。