煤炭学报

作者：朱德福, 胡文硕, 贾勇杰, 王德玉, 霍昱名, 张纯旺,

关键词：一水硬铝石, 含水饱和度, 单轴压缩, 损伤演化, 水−岩作用,

山西煤系沉积型铝土矿赋存于石炭系−奥陶系复合含水层系统，揭示水−岩作用下铝土矿力学响应特征与损伤演化机理是保障铝土矿安全高效开采的关键。以山西兴县煤系铝土矿为研究对象，通过吸水性试验和分子动力学模拟，探究其亲水特性；采用声发射(AE)和数字图像相关(DIC)技术开展不同含水饱和度(0、25%、50%、75%和100%)试样单轴压缩试验，研究其抗压力学行为；结合扫描电镜(SEM)、计算机断层(CT)扫描和摩擦试验，揭示其水−岩作用破坏机理。研究结果表明：铝土矿的主要物质成分为一水硬铝石，极易通过氢键作用与水分子相结合，宏观表现为铝土矿具有较强的吸水性。从干燥到含水饱和，铝土矿的抗压强度和弹性模量均值分别从89.866 MPa和62.499 GPa降至42.443 MPa和35.069 GPa；AE定位点数量和持续时间逐渐减少、破碎分形维数均值从1.63816降至1.42168，表明试样的破碎程度逐渐下降；AE振铃计数和累计振铃计数峰值逐渐降低，表明试样内部裂隙扩展速度变慢、累计损伤程度逐渐减少；在相同加载应力下，试样表面主应变随饱和度升高逐渐增大，表明其抗变形能力逐渐减弱。矿物的膨胀与溶解作用较弱，晶间摩擦阻力下降是导致铝土矿抗压强度弱化的主要内在机理。不同饱和度试样均以张拉破坏为主，干燥试样呈现以晶内Al—O共价键断裂主导的穿晶破坏模式，宏观表现为试样的张拉裂纹占比最大；随着饱和度升高，沿晶间氢键(O2—H…O1)断裂的沿晶破坏占比增大，宏观表现为试样的剪切滑移裂纹占比增加。研究结果为煤系一水硬铝石型铝土矿安全高效开采提供了试验依据。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2026年第2期