酸性礦井水對K2灰?guī)r表面形貌影響的試驗研究

韓文梅，楊文博，李建軍

(中北大學(xué) 理學(xué)院，山西 太原 030051)

0 引 言

山西晉城地區(qū)所屬礦井目前開采15號煤層，該煤層原煤硫分為2～5%，浮煤硫分為2～4.5%，主要含有機硫和硫化物硫，為中高—高硫煤，煤層直接頂板多為K2灰?guī)r，礦井采掘活動后會生成大量pH為2～5的酸性礦井水。基于酸性礦井水對K2灰?guī)r斷裂面結(jié)構(gòu)進行定量分析，可以為酸性礦井水對煤巖體摩擦滑動穩(wěn)定性的影響研究提供理論參考。

以晉城地區(qū)15號煤層直接頂板K2灰?guī)r作為研究對象，采用表面形貌儀對酸性礦井水作用前后K2灰?guī)r拋光面的表面形貌進行測試，基于粗糙度和粒度角度分析礦井水對K2灰?guī)r拋光面形貌的影響。

1 試驗巖樣及測試方法

試驗巖樣為K2灰?guī)r，采自晉城煤業(yè)15102工作面運輸巷350 m處頂板。該處位置K2灰?guī)r頂板巖溶裂隙發(fā)育，煤層原煤全硫質(zhì)量分數(shù)為3.8%，黃鐵礦晶體結(jié)晶現(xiàn)象普遍，有明顯的刺激氣味。礦井水呈酸性，pH為2，為典型酸性礦井水。在實驗室加工K2灰?guī)r樣，將其切割成50 mm×50 mm×50 mm的立方體，選取1個面作為拋光面，采用500號拋光聚氨酯片進行拋光處理。

采用型號為ST400的NANOVEA三維非接觸式表面形貌儀對試驗巖樣表面形貌進行測量，儀器測量范圍20 mm×20 mm，掃描步長0.1 μm，掃描速度20 mm/s，Z軸方向測量范圍27 mm，Z軸方向測量分辨率2 nm。測試時掃描區(qū)域為10 mm×10 mm。表征后采用自配酸性礦井水對試驗巖樣表面進行侵蝕，時間分別為10、20 d，對侵蝕后的試驗巖樣表面形貌分別進行測量，得到侵蝕前、浸泡10 d和浸泡20 d的試驗巖樣表面形貌。

2 試驗結(jié)果及其分析

2.1 試驗巖樣表面形貌粒度分布

圖1為酸性礦井水作用前后試驗巖樣的拋光面形貌。……