《水-氣-岩相互作用下覆岩導水裂隙自修復機制研究》是依託中國礦業大學，由鞠金峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水-氣-岩相互作用下覆岩導水裂隙自修復機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鞠金峰
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
覆岩采動破壞後易與採空區水、氣物理化學反應而發生損傷軟化和沉澱物衍生，由此促使導水裂隙在采動應力壓密和沉澱物封堵等作用下逐步修復癒合；研究揭示該自修復現象的產生機理與規律對於科學評價含水層受采動破壞程度及其生態恢復能力具有重要意義。本項目交叉利用采動岩體滲流理論、礦物學、水化學等學科知識，基於水-氣-岩相互作用實驗，研究破壞原岩與水、氣反應後在承載過程中的滲透性變化規律及其裂隙自修復機理；以破壞原岩自修復後的滲透率與原岩滲透率之比作為自修復程度的評價準則，重點考察水、氣化學屬性、岩石礦物成分、裂隙形態、受力參數、作用時間等因素對裂隙自修復程度的影響規律。依據不同修復時間對應采動覆岩各區域的滲透性分布，揭示導水裂隙帶形態隨修復時間的動態演變規律，確定水源不再漏失所需的臨界修復時間，最終形成覆岩導水裂隙自修復能力的預測和評價方法。項目研究將為西部礦區實施保水採煤、生態治理等提供重要理論參考。
結題摘要
煤炭開採引起的覆岩導水裂隙在其產生後的長期演變過程中，會因裂隙面岩石礦物與地下水、CO2等氣體發生的水-氣-岩相互作用以及采動地層應力的壓實等作用共同影響，而出現水滲流能力逐步降低的自修復現象；研究揭示該自修復現象的產生機理與規律對於科學評價含水層受采動破壞程度、合理制定有效的生態恢復對策等都具有重要指導意義。本項目交叉利用采動岩體滲流理論、礦物學、水化學等學科知識，基於水-氣-岩相互作用實驗，就采動岩體裂隙自修復的發生機理及其影響規律、覆岩導水裂隙帶形態隨修復過程的動態演變規律、以及不同區域不同形態裂隙的自修復能力評價等問題進行了研究。研究發現，采動岩體裂隙的自修復主要源於3方面的物理或化學作用過程：第一，粘土礦物的遇水膨脹對裂隙空間的擠占，泥化、崩解的泥化物對裂隙的封堵作用；第二，地下水的溶解、溶蝕作用造成裂隙面粗糙度降低，促進裂隙面在采動地層應力的擠壓作用下更緊密貼合；第三，地下水陰陽離子與鋁矽酸鹽、碳酸鹽等岩石礦物發生離子交換的化學反應，生成的次生礦物或化學沉澱物對裂隙的充填封堵作用。由於粘土礦物的遇水膨脹作用速度較快，故裂隙自修復過程存在“先快後慢”的分區降滲特徵；且無論酸性或鹼性地下水條件，裂隙均具備自修復能力，但酸性水溶液條件下的自修復效果更好。通過對比不同岩性裂隙岩樣在不同化學特性水溶液下的水-氣-岩相互作用降滲實驗，發現中性或鹼性地下水條件有利於泥岩類岩石裂隙的自修復，而酸性地下水及富含CO2條件有利於砂岩類岩石裂隙的自修復。通過建立采動覆岩滲透性的空間分布模型，得到了地下水流失主通道的路徑分布特徵；結合裂隙自修復機理，揭示了導水裂隙帶“馬鞍”形態隨自修復過程的演變特徵；據此提出了重點針對導水主通道開展人為調節地下水、氣化學環境促進裂隙修復的含水層生態恢復新思路。研究結果為我國西北部生態脆弱礦區采動破壞含水層的生態修復與地下水保護等提供了重要理論參考。
