采动岩体裂隙自修复的水-CO2-岩相互作用试验研究
鞠金峰1
李全生2
许家林3
杨磊4
1.中国矿业大学 矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏 徐州 221008;中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心,江苏 徐州2210082.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100011;国家能源投资集团有限责任公司,北京 1000113.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 2211164.中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116
摘要：采动破坏岩体易与采空区水、气发生一系列物理化学作用,促使裂隙发生导水能力降低的自修复现象;研究揭示导水裂隙的自修复机理对于科学评价地下水生态恢复能力、合理制定裂隙限流的保水采煤对策等具有重要的指导意义.基于砂质泥岩裂隙岩样在酸性和碱性水溶液条件下的水-CO2-岩相互作用实验,揭示了裂隙在黏土矿物遇水膨胀以及次生矿物或沉淀物充填作用下的自修复机理和规律.结果表明:无论酸性或碱性水溶液条件,裂隙均具备自修复能力,但酸性水溶液条件下的自修复效果更好.裂隙自修复过程中存在渗透率"先快后慢"的分区特征;首先出现以裂隙面黏土矿物遇水膨胀作用为主引起的渗透率快速下降现象,其下降速度在碱性水条件下更快;其次随着时间的累积,裂隙面岩石矿物溶解、溶蚀形成的离子与水溶液中的阴阳离子、游离CO2发生离子交换化学反应,引起高岭石等衍生矿物或Fe(OH)3等沉淀物的生成,这些新的物质在裂隙面逐渐吸附堆积,不断降低裂隙的导水能力.由于实验砂质泥岩中铝硅酸盐矿物含量偏低,无法充分消耗加大通入量的CO2,导致多余的CO2会以碳酸的形式对裂隙面矿物形成溶蚀作用,从而引起裂隙开度及其水渗流能力的提高,表现出对裂隙岩石自修复进程的阻滞作用.
关键词：导水裂隙自修复水-CO2-岩相互作用岩石矿物保水采煤
分类号：TD745.21(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2016YFC0501104)国家自然科学基金(51604259)国家重点实验室开放基金(SHJT-16-30.2)
论文发表日期：2019-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 3700-3709 )
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