CO2-水-岩相互作用下饱和煤矸石力学行为及微观结构演变研究
丁洋1
张一正2
李树刚1
林海飞1
王梦迪2
张艳2
周煜尧2
1.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室,陕西 西安 7100542.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
摘要：深部煤矿采空区CO2 地质封存是缓解温室气体排放的重要途径.围绕CO2-水-岩相互作用下饱和破碎煤矸石的力学行为及微观结构演变开展系统研究.基于采空区CO2 封存模拟实验平台,对不同CO2 反应压力(0、2、4、6、8 MPa)下的饱和破碎煤矸石的颗粒破碎特性、压实特性进行系统研究,并通过X射线荧光光谱仪和扫描电子显微镜等测试手段,分析CO2-水-岩相互作用后煤矸石的微观结构变化,探讨煤矸石颗粒的破碎微观机理.结果表明:随着CO2 反应压力的增大,破碎煤矸石的相对破碎率由36.07%增至45.49%,增幅为9.42%;分形维数由 2.677 7 增大至 2.736 3,对比初始分形维数增幅为14.01%;在25 MPa应力下,试样的应变从0 MPa时的0.309 增至8 MPa时的0.354,增幅为14.56%.X射线荧光分析显示,Ca元素含量由 65.455%降低至 15.531%,降低了 76.27%,表明含Ca矿物在反应过程中发生了强烈的溶蚀作用.扫描电子显微镜结果显示,随着 CO2 反应压力从0 MPa增大至8 MPa,煤矸石表面孔裂隙占比从1.446%增至2.641%,表面孔隙分形维数从0.993 2 增至1.143 1.基于实验结果,提出了考虑CO2 反应压力的改进经验模型,该模型能够准确描述高CO2压力下饱和破碎煤矸石的力学行为.研究成果为评估煤矿采空区CO2 封存的稳定性和安全性提供了理论依据.
关键词：CO2封存煤矸石颗粒破碎CO2-水-岩相互作用分形维数矿物溶解微观结构分析
分类号：TD327(矿山压力与支护)TD849.5(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52374227)陕西省自然科学基础研究计划联合基金项目(2021JLM-26)陕西省自然科学基础研究计划面上项目(2024JC-YBMS-255)
论文发表日期：2026-02-28
在线出版日期：2026-03-25（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 160-169 )
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