弱胶结砂质泥岩注水软化与渗流特性试验研究——以神东矿区为例

作者：张凯; 郭俊廷^*; 滕腾

来源：煤炭科学技术, 2022, 50(02): 195-201.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2021-1216

• 岩石力学
• 砂质泥岩
• 水理效应
• 渗流特性
• 弱胶结
• 注水软化

神东矿区基岩弱胶结特性显著，岩体遇水后的软化和渗流特性是煤炭地下开采顶板注水软化治理、突透水事故防治、煤矿地下水库建设等工程领域的共性和基础性难题。针对神东布尔台矿弱胶结砂质泥岩，系统开展了岩石吸水、单三轴压缩、巴西劈裂和渗流等试验，获得了自然和饱水状态下的砂质泥岩力学参数与拉压变形、渗流曲线及其特征。研究结果表明，神东矿区弱胶结砂质泥岩的水岩固体软化效应、流体传质效应显著，在相关的地下工程中必须充分考虑，具体如下：(1)弱胶结砂质泥岩吸注水后塑性明显增强，软化效果显著，岩石抗压强度减小29%～57%,围压越小，软化效果越明显；不同围压下弹性模量均减小25%～30%,随着围压的增大弹性模量的减小量有增大趋势；在低围压下，泊松比增大效果显著，在高围压下，泊松比变化不大；岩石三轴压缩破坏峰后跌落应变增大12%,且随围压的增大而减小；单轴抗拉强度下降66%;(2)试验所用神东矿区布尔台矿顶板砂质泥岩的抗拉强度与抗压强度的比值约为1/10,且岩石吸水后该比值基本保持不变；(3)弱胶结砂质泥岩的水渗过程易导致裂缝通道局部的崩解，渗透率随注水压力梯度的增大而增大，随围压的增大而减小，渗透率随裂缝通道的崩解而瞬时减小。研究结果为揭示神东矿区弱胶结砂质泥岩水岩耦合力学特性和开展相关工程实践提供了一定的理论依据。

• 单位
  北京低碳清洁能源研究院; 中国矿业大学（北京）; 国家能源投资集团有限责任公司