酸性溶浸液作用下砾岩物理化学及三轴压缩性质研究
杨朋1
华心祝2
刘啸3
韩炎2
李琛2
1.安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 2320013.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁 沈阳 110000
摘要：地浸开采过程中溶浸液的渗流作用可能导致隔水层力学性能劣化,进而影响煤铀共采的安全性.以内蒙古地区侏罗系直罗组砾岩隔水层为研究对象,探讨其在酸浸环境下的物理化学性质及力学劣化机制.利用电子秤和原子吸收分光光度计测定砾岩在硫酸溶液中质量和金属阳离子浓度变化规律,利用XRD(X-ray Diffraction)和SEM(Scanning Electron Microscope)分析酸蚀作用下砾岩矿物成分和微观结构随浸泡时间的变化特征.开展三轴压缩试验,研究不同浸泡时间下砾岩的力学响应,分析峰值应力、弹性模量、轴向应变及耗散能密度等参数的变化规律,基于相关性分析量化各参数之间的相关性.结果表明:砾岩质量随酸蚀时间呈现先增加后减少的非线性变化特征,溶液中金属阳离子浓度与质量变化趋势一致,其中Ca2+质量浓度最高,说明方解石与硫酸的化学反应是导致砾岩力学性质劣化的重要原因.酸蚀作用使砾岩胶结物逐渐溶解,内部裂纹扩展,孔隙增多,引起岩石微观结构变化.砾岩峰值强度、弹性模量及屈服应力在浸泡初期(1 d)短暂提升后逐步下降,浸泡20d后峰值强度较自然状态下降 26.69%,且峰值体积应变显著降低.峰后耗散能变化率曲线随着浸泡时间变化逐渐平稳,表明试件的破坏模式随浸泡时间由脆性向延性转变.峰值应力、弹性模量与总应变能密度呈极强正相关(相关性系数r>0.8),而金属阳离子浓度可作为砾岩力学性质劣化的表征参数.
关键词：砂岩型铀矿砾岩隔水层酸蚀作用物理化学性质力学劣化机制
分类号：TD807(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52304126)煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心开放基金资助项目(EC2023028)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-18（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 97-111 )
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