0 引 言

煤炭开采环境主要为沉积岩，在煤系地层沉积岩中，泥岩、粉砂岩、粗砾砂岩和细砾砂岩是主要构成岩层，与其他岩性的岩石相比，易于风化崩解是沉积岩最为显著的特征之一[1-2]。由于沉积岩独特的物理化学性质，使其对温度、湿度、应力和地下水等环境因素的变化极为敏感[3]。沉积岩不同程度的崩解不仅会使其自身性质由岩性向土性转化，而且由于崩解产生的水化膨胀、碎胀扩容、强度下降会导致处于这类岩层中的巷道、硐室等产生大变形甚至坍塌，对安全生产的威胁极大。不仅是对煤矿的安全生产，对于桥梁隧道的施工，地基开挖，路基稳定也有很大的困扰[4-6]。

正因如此，沉积岩及其引发的一系列工程问题受到了海内外岩石力学界和采矿界专家学者的极大关注，如何才能有效处理沉积岩的崩解性，学者们开展了大量的研究。在以往的文献中，国内外学者围绕沉积岩所处环境中水分变化、温度变化对沉积岩崩解特性的影响开展了大量研究[7-8]。金海军等[9]研究了混凝土在不同浓度的硫酸盐溶液中的耐久性能；梁冰等[10]研究了泥质岩在不同 pH值溶液中的崩解特性，与此同时还应考虑在冻融及干湿条件下[11-13]，沉积岩的崩解机理。陈鑫源[14]将沉积岩崩解机理同软岩巷道稳定性结合，探讨了软岩巷道的围岩控制技术，此外Dhakal等[15]研究了NaCl和CaCl2溶液对火山粗砾砂岩、凝灰质砂岩以及泥岩耐崩解性的影响，指出电解质溶液的类型及其浓度会显著影响岩石的耐崩解性。谭罗荣[16]通过开展大量的室内崩解试验，分析讨论了地下工程中常见黏土岩、泥岩等的泥化、吸水崩解与岩体物理力学参数之间的关系。ZHANG Dan等[17]研究了水-热耦合作用对我国云南省内紫色泥岩崩解特性的影响。田保同[18]研究了我国主要矿区内的凝灰岩中蒙脱石、绿泥石含量与崩解特性的关系。邓华锋等[19]对三峡库区典型库岸边坡砂岩进行了饱水-风干循环作用试验，探讨了孔隙水压力的升降对岩样影响。这些研究为理解沉积岩的耐崩解性和崩解机理提供了重要的依据，然而由于问题的复杂性，还需要从更多的角度去探讨和研究。本文通过对沉积岩开展耐崩解指数试验，确定沉积岩崩解特性的表征参数，并开展了不同种类沉积岩的耐崩解性对比试验，结合X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)及压汞试验(MIP)分析结果，研究了矿物组成与沉积岩崩解特性之间的关系。

1 试验样品与方法

1.1 岩样矿物组成和化学组成

所用试验样品为阜新矿区内的煤炭开采所排出的煤矸石，岩样取出后用保鲜膜包裹运回实验室，将岩石在实验室通风避光处自然风干后，取出代表性岩样约300 g，依次利用颚式破碎机和电磁式粉碎机进行破碎，使岩样全部通过0.2 mm标准筛。利用四分法取出50 g试样，压片后对岩石矿物组分和化学组分进行X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)分析，结果见表1和表2。

遥想当年王、朱、查观此画，与智朴结交，潜心佛境，聆听梵音，对于被烦杂事务缠身的世人是何等自在。 着眼于最后一句，晚节落英，实有暗指智朴晚节依在。

 

表1 岩石矿物成分

 

Table 1 Mineral composition ofs rocks

  

岩石矿物含量/%石英方解石钠长石钾长石高岭石伊利石粉砂岩55.215.338.1710.1212.229.03细砾砂岩69.4514.127.0611.404.345.01粗砾砂岩54.334.126.177.2813.0215.04泥岩40.025.45—6.3220.6227.59

 

表2 岩石化学成分

 

Table 2 Chemical composition of rocks

  

岩石化学成分含量/%Na2OMgOAl2O3SiO2K2OCaOTiO2MnOFe2O3粉砂岩2.270.7516.5572.714.111.480.470.031.62粗砾砂岩2.230.7516.5172.964.071.450.410.031.59细砾砂岩4.470.7015.1468.653.607.170.410.051.82泥岩1.160.7720.6070.252.161.650.860.032.48

1.2 岩样孔隙率

用麦克9500型压汞仪进行压汞试验(MIP)可得4种岩样的孔隙率见表3。

岩石试样依次经过崩解循环后残余的质量见表4，可以明显看出随着崩解循环的进行，岩样的残余质量在逐渐降低。经历5次循环后，泥岩质量由初始的837.3 g降至790.4 g，质量减少5.65%；细砾砂岩质量由初始的1 089.6 g降至1 055.0 g，质量减少3.18%；粗砾砂岩质量由初始的976.4 g降至940.0 g，质量减少3.73%； 粉砂岩质量由初始的963.1 g降至957.2 g，质量减少仅为0.61%。通过式(1)可以得出4种岩石在5次循环过程中的耐崩解指数。5次循环的所得到的耐崩解指数与循环次数之间的关系如图6所示。

试验过程中，水温应保持在20 ± 2℃。

 

表3 岩石孔隙率

 

Table 3 Rock porosity

  

岩石粉砂岩粗砾砂岩细砾砂岩泥岩孔隙率0.280.390.330.39

1.3 试验方法

岩样中挑选出代表性样品，进行破碎，从破碎后的样品中挑选出20块试样，要求试样表面无明显裂纹、单块试样质量在60 ± 10 g，总质量控制在900 ± 150 g范围内。按照试验标准，将试样用砂轮打磨机制成质量为50 ± 10 g的浑圆状的岩石块体试样。选取15块最符合标准的试样。

基于规范工程岩体试验方法标准[20]所提出的测试分析方法，对粉砂岩、粗砾砂岩、细砾砂岩、泥岩的耐崩解指数进行测试分析。

1)将打磨好的试件装入岩石耐崩解试验仪(图1)的圆柱形筛筒内，圆柱形筛筒长100 mm,直径140 mm,筛孔直径2 mm，并放入恒温干燥箱中，在温度范围为100 ± 5℃的条件下烘干48 h后取出，并立即置于干燥器中，冷却至室温。称量并记录冷却后的质量(精度为0.1 g)。

  

图1 岩石耐崩解试验仪Fig.1 Rock slake durability apparatus

岩石的耐崩解性是指岩石抵抗软化和崩解的能力，一般通过专门的耐崩解试验测定，用耐崩解性指数表示。煤和岩石物理力学性质测定方法[21]中定义岩石的耐崩解性指数为试件在承受干燥和浸润2个标准循环后，残留质量与原质量的百分比。然而，对周围水环境周期性变化的岩土工程，如建设在干旱半干旱地区的岩土工程、水库工程的库岸边坡岩体、泥岩钻孔井壁稳定、东北地区的铁路隧道工程等，因此仅以2个标准循环来确定岩石的耐崩解性指数是不够准确的，这时经过多个标准循环之后得到的指标更有意义。基于上述考虑，笔者将试件承受的标准循环次数拟定为n次，并对求耐崩解指数定义式进行改动为：

3)将装有试件的圆柱形筛筒放入恒温干燥箱中，烘干48 h后取出，并立即置于干燥器中，冷却至室温。称量并记录冷却后的质量(精度为0.1 g)。

式中：Id,n为岩石n次循环耐崩解指数，%；mn为第n次循环后试样的残余质量，g；md为原试样初始烘干质量，g。

2018年6月1日12：00—2日12：00老港固废基地共发生7次H2S超标报警（即H2S浓度超过60μg/m3），报警期间H2S最高小时浓度为316μg/m3。具体报警情况如表3所示。

（1）改革授课内容和形式。通过以临床实例为基础的分专业组的授课形式，提升学生发现问题和解决问题能力。各专业组以月为单位针对本组学生安排“异常结果的判读与处理”“如何解读检验结果的临床意义”“仪器的维护及常见故障的判断和处理”等内容讲授，要求授课教师联系临床实例，科室随机抽查授课内容。

杨琳是欧阳橘红的救命恩人，他是代欧阳橘红护理、照顾杨琳。欧阳橘红的救命恩人，就是他的救命恩人。欧阳橘红不知道救命恩人的癌细胞开始扩散，在世日子可用手指头来算了，如果知道，她一定会回滨湖。欧阳橘红离开滨湖十二年了，杨琳记得，欧阳橘红走前，说是南京化工厂，她没问详细地址，现在还在不在南京化工厂，杨琳也不知道了。他往南京化工厂发了四十多封信，有三十多封退回来了，有十来封没退回来，估计是在路上丢了。所有退信签上，都是“查无此人”。

  

图2 细砾砂岩耐崩解试验循环Fig.2 Fine sandstone slake durability test cycle

  

图3 泥岩耐崩解试验循环Fig.3 Mudstone slake durability test cycle

  

图4 粗砾砂岩耐崩解试验循环Fig.4 Coarse sandstone durability test cycle

  

图5 粉砂岩耐崩解试验循环Fig.5 Siltstone durability test cycle

2 耐崩解指数变化规律

2.1 耐崩解指数

2)将装有试样的圆柱形筛筒放在崩解仪的水槽内，向水槽内注入温度为20℃的去离子水，保持水位在转动轴下约20 mm。圆柱型筛筒以20 r/min的转速转动10 min后，将筛筒从水槽中取出控干水分。

 

(1)

4)完成一次循环，计算耐崩解指数，试验保证进行5个循环，循环阶段如图2—图5所示。

2.2 结果分析与讨论

2017年520表白时，海尔另辟蹊径，联合100个官微一起送“爱”，并且在5月20日13时14分进行抽奖，寓意“5201314”。前期主要礼品是官微私信送祝福，但随着传播范围的增大，许多商家评论并赠送产品及服务，使得礼单不仅包括各大官微的祝福和海尔的产品，还有其他品牌商家的礼品，吃喝玩乐，应有尽有。最终该微博以评论数5.8万，转发21.8万，火爆当时。

 

表4 岩样崩解循环后残余质量

 

Table 4 Weight of residue after various cycles of slaking

  

循环次数残余质量/g泥岩细砾砂岩粗砾砂岩粉砂岩0837.31 089.6976.4963.11823.91 078.6963.7960.82809.61 072.3956.2959.63802.71 065.7950.3958.74796.41 059.8944.9950.15790.41 055.0917.0946.1

  

图6 几种岩石耐崩解指数与循环次数关系Fig.6 Relationships of collapse resistance index and cycletimes of several stones

泥岩的耐崩解指数由第1次循环后的98.40%最后降至第5次循环后的94.40%，从第1次循环到第2次循环崩解的幅度较大，之后趋于平稳。粉砂岩的耐崩解指数由第1次循环后的99.76%，最后降至第5次循环后的98.23%，前3次循环崩解效果不是很明显，从第4次开始耐崩解指数降幅较大。细砾砂岩的耐崩解指数由第1次循环后的98.99%，最后降至第5次循环后的96.82%，崩解趋势较为均衡，没有突增或突减的现象。粗砾砂岩的耐崩解指数由第1次循环后的98.70%，最后降至第5次循环后的93.92%，耐崩解指数变化较为明显，从第5次循环开始，粗砾砂岩的耐崩解指数有一个突降。

 

表5 耐崩解指数程度参照

 

Table 5 Degree of resistance to disintegration index reference

  

耐崩解性Id/%等级0^25很低25^50低50^75中75^90高90^95很高95^100极高

通常情况下判断岩石耐崩解性强弱主要依据第2次循环的后所得到的耐崩解指数(SDI2)分类方法见表5，4种岩石试样的SDI2均高于95%，耐崩解性等级都为极高。其中粉砂岩的耐崩解指数高于99%，属于极难崩解。但从第4次和第5次循环开始岩样的崩解程度明显提高，其中泥岩和粗砾砂岩的耐崩解指数降到了95%以下。泥岩的耐崩解指数明显小于其他3种岩样，粉砂岩的耐崩解指数明显高于其他3种岩样。由XRD和XRF试验结果可知，黏土矿物包括高岭石，蒙脱石，伊利石，绿泥石等，主要成分是镁酸盐、铝酸盐、及含水的硅酸盐矿物。泥岩的矿物成分组成中含有20.62%的高岭石和27.59%的伊利石，黏土矿物的含量较高，黏土矿物的晶格构造具有吸水膨胀的性能，相邻晶胞间的连接力很弱，存在着良好的解理，水分子及交换阳离子可无定量地进入其间，具有极强的吸水膨胀性，所以泥岩的耐崩解性较低。粗砾砂岩中高岭石和伊利石的含量分别为13.02%和15.04%，黏土矿物含量仅次于泥岩，因此耐崩解性也较低。粉砂岩和细砾砂岩中石英含量分别为55.21%，69.45%，而黏土矿物的含量也相对较低，分别为21.25%和9.35%，由于石英特有的高硬度、比表面积大、良好的刚性、耐磨性和在极高温度或恶劣的环境也不会裂解的特性，耐崩解性指数相对于较高。

耐崩解指数能够有效反映岩石崩解特性的能力是毋庸置疑的，但在实际的工程实践中仅通过耐崩解指数对岩石崩解特性进行描述尚不够全面，如：粉砂岩的耐崩解指数(99.76%、99.64%、99.54%、98.65%、98.23%)整体高于细砾砂岩的耐崩解指数(98.99%、98.41%、97.81%、97.27%、96.82%)，结合表4不难发现，粉砂岩，细砾砂岩中的伊利石含量均较低，分别为9.03%和5.01%，均低于10%，而粗砾砂岩和泥岩中伊利石含量分别为15.04%和27.59%，均高于10%，由此可见伊利石在描述沉积岩耐崩解性的时候起着重要作用，但是当伊利石含量较少时(低于10%)，描述沉积岩的耐崩解性就不能完全依靠黏土矿物含量。因此，要准确判断岩石的耐崩解性，提高判别结果的可靠性，需要结合岩石的化学组成和孔隙率等因素综合分析。

“1001、1002、1003……”施救中，车主口中吐出了些白沫，随着尹亮持续进行心肺复苏法，车主终于微微张开了眼睛，恢复了呼吸。此时，公安车辆、救护车等救援车辆及人员也到达了现场，四位见义勇为的楚雄电网员工这才放心的离开，继续前往电网作业现场开展他们的工作。当天楚雄大幅降温，楚雄天气寒冷，湖水冰冷刺骨，大家离开时虽然身上都湿了，但心里却热乎乎的……

3 岩样耐崩解性差异分析

结合表2可以发现细砾砂岩中的Na2O和CaO含量分别为4.47%和7.17%，而粉砂岩中Na2O和CaO含量为2.27%和1.48%。在崩解过程中，水岩相互作用，Na2O和CaO溶于水会生成NaOH和Ca(OH)2，会电离出少量OH-使崩解过程中水槽内的水呈碱性，可溶性盐类溶于水，一方面破坏了原来岩石的内部结构体系使得岩石出现泥化现象；另一方面形成岩石内部连通的“空洞”，使得水分子与黏土矿物充分接触，促进水岩相互作用，进而加速岩石崩解。尽管粉砂岩中的黏土矿物含量较高，但由表3可知，其孔隙率仅为0.28，在崩解过程中，水会由岩样表面的空隙和微裂隙向岩样内部渗透，试样表面首先产生大量次生孔隙，次生孔隙产生的同时，试样表面局部区域产生了非均匀膨胀而试样内部仍然是干燥区域，这样试样表面局部区域受到了拉应力，孔隙相互连接在试样表面形成裂隙，随着崩解的进行，水对可溶性盐类进行溶解产生化学反应，会进一步产生次生裂隙，会加大试样与水接触的表面积，增加其储水能力，降低试样的强度。孔隙率越大，岩石结构越疏松，岩石块体浸水后与水分的接触面积较大，所以其耐崩解性越差。这也是粉砂岩的耐崩解指数整体高于细砾砂岩的耐崩解指数的原因所在。

4 结 论

1)随着耐崩解试验循环次数的增加，沉积岩的耐崩解指数会逐渐降低。

2)耐崩解指数能够有效反映沉积岩抵抗软化和崩解作用的能力，但单单通过耐崩解指数难以准确判断沉积岩的崩解特性。

3)沉积岩耐崩解性与其矿物组成、孔隙率和化学成分密切相关。沉积岩的崩解机理有2类：矿物成分中伊利石含量较高的(高于10%)，崩解主要由所含黏土矿物遇水引发试样的差异膨胀造成；矿物成分中伊利石含量较低的(低于10%)，崩解主要由试样中化学成分遇水电离和孔隙遇水扩容造成。

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