韩文梅，杨文博，李建军

(中北大学 理学院，山西 太原 030051)

0 引 言

山西晋城地区所属矿井目前开采15号煤层，该煤层原煤硫分为2～5%，浮煤硫分为2～4.5%，主要含有机硫和硫化物硫，为中高—高硫煤，煤层直接顶板多为K2灰岩，矿井采掘活动后会生成大量pH为2～5的酸性矿井水。基于酸性矿井水对K2灰岩断裂面结构进行定量分析，可以为酸性矿井水对煤岩体摩擦滑动稳定性的影响研究提供理论参考。

以晋城地区15号煤层直接顶板K2灰岩作为研究对象，采用表面形貌仪对酸性矿井水作用前后K2灰岩抛光面的表面形貌进行测试，基于粗糙度和粒度角度分析矿井水对K2灰岩抛光面形貌的影响。

1 试验岩样及测试方法

试验岩样为K2灰岩，采自晋城煤业15102工作面运输巷350 m处顶板。该处位置K2灰岩顶板岩溶裂隙发育，煤层原煤全硫质量分数为3.8%，黄铁矿晶体结晶现象普遍，有明显的刺激气味。矿井水呈酸性，pH为2，为典型酸性矿井水。在实验室加工K2灰岩样，将其切割成50 mm×50 mm×50 mm的立方体，选取1个面作为抛光面，采用500号抛光聚氨酯片进行抛光处理。

采用型号为ST400的NANOVEA三维非接触式表面形貌仪对试验岩样表面形貌进行测量，仪器测量范围20 mm×20 mm，扫描步长0.1 μm，扫描速度20 mm/s，Z轴方向测量范围27 mm，Z轴方向测量分辨率2 nm。测试时扫描区域为10 mm×10 mm。表征后采用自配酸性矿井水对试验岩样表面进行侵蚀，时间分别为10、20 d，对侵蚀后的试验岩样表面形貌分别进行测量，得到侵蚀前、浸泡10 d和浸泡20 d的试验岩样表面形貌。

2 试验结果及其分析

2.1 试验岩样表面形貌粒度分布

图1为酸性矿井水作用前后试验岩样的抛光面形貌。……