不同風(fēng)化程度對(duì)礦床的賦存狀態(tài)的影響研究

李 磊

（1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì) ，山東 濟(jì)寧 272000）

礦床的賦存狀態(tài)影響因素較多，且其賦存狀態(tài)直接影響著礦床的力學(xué)特征，因此研究礦床的賦存狀態(tài)對(duì)于進(jìn)一步研究礦床的物理性質(zhì)有著重要意義。早在20世紀(jì)中期便有諸多學(xué)者開始對(duì)礦床賦存狀態(tài)的影響進(jìn)行研究。國(guó)外學(xué)者Grady、Blanton、Akdjisn等人對(duì)不同加載/應(yīng)變速率下的礦床進(jìn)行了研究，他們指出礦床的抗壓強(qiáng)度與其加載/應(yīng)變速率成正比[1]。國(guó)內(nèi)方面，我國(guó)學(xué)者鞠慶海、張譖其和朱瑞賡等人從抗壓強(qiáng)度方面進(jìn)行研究，通過研究表明，風(fēng)化程度越高，礦床所受壓力越大，其賦存狀態(tài)所受影響越深，賦存能力越差[2]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)礦產(chǎn)賦存狀態(tài)的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是對(duì)不同風(fēng)化程度對(duì)礦產(chǎn)的賦存狀態(tài)的影響研究還相對(duì)較少。

因此，本文在學(xué)習(xí)前人的基礎(chǔ)之上，總結(jié)前人理論知識(shí)，從新的研究視角對(duì)礦床的賦存狀態(tài)影響因素進(jìn)行研究。本文采取6種風(fēng)化程度不同的礦床巖石進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以此來進(jìn)一步探究不同風(fēng)化程度對(duì)礦床的賦存狀態(tài)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

此次實(shí)驗(yàn)為動(dòng)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，速速率范圍在1000MPa/s～5000 MPa/s。該試驗(yàn)對(duì)6種風(fēng)化程度不同的礦床巖石施加壓力，以此來檢驗(yàn)巖石的力學(xué)性質(zhì)和滲流特性，從而更好的研究和分析礦床的賦存狀態(tài)[3]。

在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，首先按照實(shí)驗(yàn)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查和按照，待安裝完畢之后調(diào)節(jié)氣缸氣壓值，確保氣缸氣壓在加載過程當(dāng)中不破壞巖石。同時(shí)調(diào)節(jié)速泄閥門，以此來確保實(shí)驗(yàn)完畢后氣壓能第一時(shí)間排出，以此來為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供設(shè)備支持。

2 試樣制備

實(shí)驗(yàn)所使用的巖石取自6種風(fēng)化程度不同的礦床，巖石的礦物成分以及巖性大體一致，由于其風(fēng)化程度有所不同，巖石的吸水率、聲波波速以及相對(duì)密度差異明顯。通過對(duì)6種風(fēng)化程度不同的巖石進(jìn)行參數(shù)分析，其中風(fēng)化程度由1號(hào)巖石到6號(hào)巖石逐漸增加[4]。具體數(shù)據(jù)如表1所示，表1為6種不同風(fēng)化程度巖石物理特性參數(shù)表。

表1 6種不同風(fēng)化程度巖石物理特性參數(shù)表

通過表1，6種不同風(fēng)化程度巖石物理特性參數(shù)表可以發(fā)現(xiàn)，吸水率和聲波波速最高的均為1號(hào)巖石，其吸水率為1.231%，聲波波速為0.9717，且1號(hào)巖石風(fēng)化程度最低；密度最大的為6號(hào)巖石，密度為3.015%，其風(fēng)化程度最大；縱波波速最快的為2號(hào)巖石，其風(fēng)化程度較小，僅次于1號(hào)巖石。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，又進(jìn)一步縮小了加速速率范圍。

此次實(shí)驗(yàn)的加速速率范圍在3～3×206 MPa/s，其圍壓也被設(shè)置為統(tǒng)一的6MPa。針對(duì)6種不同風(fēng)化程度的巖石，此次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了六次加速速率實(shí)驗(yàn)，加速速率分別為6×1000、6×1001、6×1002、6×1003、6×1004、6×1005，且每次加速速率均使用6個(gè)試樣，由此可知，此次實(shí)驗(yàn)試樣共36個(gè)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 巖石賦存狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度與風(fēng)化程度成正比關(guān)系

不同風(fēng)化程度的巖石賦存狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度隨著動(dòng)三軸抗壓強(qiáng)度是增加而增加，其關(guān)系圖如圖1所示。圖1為關(guān)系變化圖。

圖1 巖石賦存狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度與風(fēng)化程度關(guān)系圖

仔細(xì)觀察圖1可以看出，6種不同風(fēng)化程度的巖石其動(dòng)三軸抗壓強(qiáng)度在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中均隨著加載速率的增加而不斷變大。其中6號(hào)巖石的增大幅度最大，由最初的抗壓強(qiáng)度325增加至500，漲幅值為175，漲幅較大。1號(hào)巖石的增大幅度最小，漲幅幾乎為0，由此可見，風(fēng)化程度越大，其隨著加載速率的增加幅度也越大；風(fēng)化程度越小，其隨著加載速率的增加幅度較小，二者之間呈反比例關(guān)系。

除此以外，在不同加載速率的影響之下，風(fēng)化程度不同，巖石的抗壓強(qiáng)度也有所不同。通過圖1巖石賦存狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度與風(fēng)化程度關(guān)系圖可以看出，巖石風(fēng)化程度越小，抗壓強(qiáng)度越小，二者之間呈正比關(guān)系。

3.2 巖石賦存狀態(tài)的彈性與風(fēng)化程度呈反比關(guān)系

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，六種風(fēng)化程度不同的礦產(chǎn)巖石的彈性模量值均隨著加載速率的增加而不斷下降。

除此以外，在相同加載速率下，隨著礦床巖石風(fēng)化程度的增加，其彈性模量也有顯著的遞減趨勢(shì)。

4 結(jié)語

總而言之，通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，礦床的風(fēng)化程度直接影響著其自身的賦存狀態(tài)。此次實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)不同的風(fēng)化程度對(duì)礦床的賦存狀態(tài)的影響也有所不同，主要表現(xiàn)在以下兩方面：第一，礦床風(fēng)化程度越小，其自身的抗壓強(qiáng)度就越大；反之亦然；第二，礦床風(fēng)化程度越大，其彈性模量也有所增加。