岩石成分、微观结构及孔隙特征对其力学特性的影响分析

摘要

中国鄂尔多斯、榆林地区煤炭资源丰富,煤质优良,是中国煤炭重要的现代化生产基地;然而,该地区基岩较薄,岩石黏结强度较弱;这种特殊的顶板岩层结构,以及现代化高强度开采形成的高采动应力场等,使得矿压显现剧烈,顶板大面积切落、支架冲击荷载等动力灾害事故时有发生.覆岩特殊的物理力学性质是上述强矿压显现发生的内在因素.因此,研究该条件下覆岩的物理力学特性是矿山动力灾害防治的基础性研究工作.为了研究岩石成分、微观结构及孔隙特征对其力学特性的影响,以覆岩中最常见的5种不同埋深的砂岩为研究对象,运用X衍射射线仪进行成分分析,得到X衍射波普图,运用Jade6.0分析软件对其成分进行半定量分析;运用SM-6390LV钨灯丝扫描电镜观察微观结构特征,获得微观结构特征图;运用低场核磁共振设备考察孔隙分布,得到了孔隙率分布特征图;运用RMT150C力学实验系统进行单轴压缩试验,得到单轴压缩强度、泊松比和弹性模量.对5种不同层位砂岩的成分、结构和孔隙分布与力学特性进行系统的比较分析,从而获得岩石的成分-结构-孔裂隙分布-力学特性之间的关系.试验结果表明:5种砂岩的石英和长石含量都超过50％,抗压强度与石英的含量、胶结物的类型及胶结物的含量有密切的关系;5种砂岩都能够观察到明显的孔隙,但发育程度有差异;石英和长石颗粒周围都被胶结物围绕,但是胶结的程度不一样.5种砂岩都具有微孔、中孔和大孔,但是没有明显的裂隙;四种砂岩的孔隙率大小具有很大的差异,孔隙率越大,其抗压强度越小,呈现出负相关关系.分析发现:砂岩的成分、结构、孔裂隙分布与力学特性具有密切的关系,砂岩随胶结物含量的增加,胶结程度增大,孔隙率减小,抗压强度和弹性模量增大;砂岩中随长石和石英的颗粒减小,其孔隙率减小,抗压强度和弹性模量增大.