本文以榆神府地区薄基岩浅埋深的特殊地质条件为原型,概化了垮落带破碎岩体间溃砂的工程地质模型,确定了影响溃砂的基本因素。采用自行设计的溃砂装置对破碎岩体空隙间颗粒流动进行了研究,归纳总结出溃砂运动方程,同时应用数值模拟的手段深入揭示了溃砂内部的运动特征。主要结论如下:(1)分析了陕北矿区的区域概况、地层条件、工程地质条件和水文地质条件,得出上覆基岩破碎岩体间的裂隙通道和松散层风积砂是溃砂灾害发生的主要因素。针对矿区垮落带溃砂,认为井下溃砂通道主要是切落裂缝或破碎岩体裂隙等空隙,物源为地表风积砂及上覆松散砂层含水层。(2)采用自行设计研制的室内溃砂模型,选定颗粒粒径、松散层厚度、破碎岩块直径、垮落带高度为溃砂因素并进行试验设计。试验发现:在一定高度试验圆筒内的砂体处于静力平衡状态,砂体下降保持匀速,松散层的厚度对溃砂速度无影响。垮落带岩块对溃砂有阻挡作用,溃砂速度随着岩块层数增加呈现递减的趋势,满足回归方程为反比例函数关系,并且计算出球状岩块受力分布规律以及溃砂通道对颗粒阻挡作用分布。通过方差分析得出岩块直径和颗粒粒径对溃砂速度有高度显著影响,而且前者更加显著,并归纳出以岩块直径3次幂和颗粒粒径1次幂的比值做综合指标,溃砂速度随综合指标表现为底数大于1的对数函数关系。最后得出溃砂速度关于颗粒粒径、岩块直径、垮落带岩块层数的综合方程。(3)在数值模拟中发现溃砂经历颗粒间压密、砂体匀速下降、垮落带内紊流和自由下落四个运动阶段,溃砂速度在第一阶段加速增大后减速回落,速度曲线像“V”字形;第二阶段速度曲线以一定频率小幅振动,整体保持平直;第三阶段速度曲线大幅振动,速度变化紊乱。颗粒经过溃砂通道时速度在通道口上方区域由上而下逐层增大,以“多层拱形”的形式分布。遇到下一层岩块阻挡后,高速下降的颗粒瞬间碰撞、减速、分散,速度降至很低并伴有大量速度为零的零散区域,颗粒表现紊流运动。岩体正上方作用力密度最大,侧面偏小,岩块剖面作用力呈扇形分布,粒间作用力在通道口附近发生偏转,以拱形力链的形式阻挡颗粒。