[发明专利]煤矸石声速的水岩耦合模型的建立方法

说明书

煤矸石声速的水岩耦合模型的建立方法，包括：测量煤矸石初始物理参数，计算煤矸石在质量、密度、声速的均值及变异系数筛选煤矸石试样。配制给定离子浓度及酸碱度的水溶液，对试样进行水溶液浸泡试验浸泡若干天。每天测量并记录煤矸石的声速、质量、密度、溶液中钙、镁离子浓度及溶液pH值。基于灰色关联度理论分析煤矸石声速与影响因素的相关性，综合灰色关联度计算结果及溶液‑煤矸石的相互作用，通过响应面法选取多组参数来建立煤矸石声速的多个预测模型。通过比较采用相关性系数均值较高的回归模型，结合3个显著参数可以较好地预测煤矸石的声速，弥补了现有方法对煤矸石声速多元影响因素分析的不足。

技术领域

本发明涉及水岩作用对煤矸石声速分析方法，具体涉及一种水溶液浸泡后煤矸石声速的水岩耦合模型的建立方法。

背景技术

地下水是一种重要的地质营力，其与岩土体之间的相互作用会改变岩土体的物理、化学及力学性质，水-岩作用会对岩石力学性能以及破坏变形机制产生极大影响，是引发工程灾变的一个重要因素。岩石的声发射特征在一定程度上能反映出岩石内部的孔隙及微裂隙的发育情况和岩石含水情况等特征，是煤矸石内孔隙、裂隙、节理等各种缺陷的综合反应。矸石充填开采是实现绿色采矿的重要途径，也是固体废弃物资源化利用的重要方法。但是采空区的矸石充填体会受到地下水的浸泡和腐蚀，对矸石填充体的物理力学性能及环境产生一定的影响。因而煤矸石在地下水长期侵蚀下的物理力学特性是充填开采技术的基础课题。作为基本性能参数的岩体中声波速度是岩石内部结构的综合反应，现有技术中有一些文献探讨了饱水岩石的声波传播规律、岩石中声波速度对单轴抗压强度的影响等，但缺乏对于水岩作用下煤矸石中声波速度的多元影响因素及量化方面的分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶液浸泡后煤矸石声速值的水岩耦合模型的建立方法，通过对煤矸石进行水溶液的浸泡试验、声发射断铅及AST试验，研究煤矸石声速值与其浸泡后质量、密度、溶液中钙离子浓度、镁离子浓度、溶液pH值及时间等因素的相关性，然后利用响应面法选取2组参数来建立声速的2个预测模型，采用相关性系数均值较高的模型可以较好地预测煤矸石声速，以弥补现有方法在煤矸石声速多元影响因素分析的不足。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

煤矸石声速的水岩耦合模型的建立方法，包括以下步骤：

S1：以密度、声速相近的若干个煤矸石试样作为待测煤矸石试样；

S2：模拟地下水成分配制不同pH值的水溶液；

S3：将待测煤矸石分别放入步骤S2配置的水溶液中若干天，每天记录各待测煤矸石的声速、质量、密度及各溶液的钙离子浓度、镁离子浓度、pH值；

S4：基于灰色关联度计算待测煤矸石声速与步骤S3中声速、质量、密度、钙离子浓度、镁离子浓度、pH值的相关性，基于响应面法，选取若干组参数建立声速的若干个预测模型，以相关性系数均值较高的模型作为煤矸石声速的水岩耦合模型。

进一步的，所述步骤S1包括：测量各煤矸石的质量、密度、声速的均值及变异系数，选取密度和声速相近的煤矸石试样作为待测煤矸石试样。

进一步的，所述步骤S2包括：采用浓度均为0.1mol/L的NaCl、KCl、Na₂SO₄溶液配制模拟地下水成分的水溶液，并通过加入HCL或NaOH溶液调节至不同的pH值。

进一步的，所述步骤S4包括：基于灰色关联度计算各待测煤矸石声速值与煤矸石浸泡时间、浸泡后的质量、密度及浸泡后溶液中钙离子浓度、镁离子浓度、溶液pH值的相关性，并选出其中若干个相关性大的影响因素，基于响应面法，选取2组参数建立声速的2个预测模型，以相关性系数均值较高的模型作为煤矸石声速的水岩耦合模型。

进一步的，所述步骤S4具体包括：