岩体孔隙-裂隙双渗流数值模拟研究

为了研究岩体孔隙-裂隙双重介质渗流过程中速度变化、压力分布和不同形状裂隙影响的规律,采用COMSOL数值模拟软件对不同断裂形状的多孔介质块进行了渗流数值模拟,得到了裂隙速度场、基质块孔隙压力场和不同形状路径渗流影响的规律。结果表明:随着压力差的增大,沿裂隙路径上速度场发展最快,裂隙成为主要的渗流途径;基质块孔隙压力梯度分布均匀,压力分布在断裂的基质块中是连续的,但等压面的弯曲表明了裂隙和孔隙的不同流动状态;裂隙形状影响着流动特性,4种类型裂隙出口边界通量的大小关系为:圆角135°夹角90°夹角45°夹角,模拟结果有助于可视化地研究双重介质的渗流规律。     

钙芒硝矿床原位水溶开采的耦合数学模型

对钙芒硝矿床原位水溶开采的过程进行了分析研究,得出了钙芒硝矿床原位水溶开采的过程实质是一个溶解-渗透耦合过程的结论,并在此基础上建立了钙芒硝矿床原位水溶开采的溶解-渗透耦合数学模型。     

微生物浸出过程溶质迁移及其影响因素研究

溶质迁移为微生物浸出过程中重要环节之一,反应剂、生成物和营养物在固相、液相和气相之间的传递为相间传质,是溶质迁移的主要形式。化学反应及细菌生长所需的O2和CO2是靠气体的溶解和扩散提供,细菌在矿石表面的吸附可分为初级吸附和二级吸附,研究表明矿物表面疏水性愈强,愈有利于细菌的吸附。分析认为溶质迁移方式主要包括渗流迁移、分子扩散迁移和渗流弥散迁移。将影响溶质迁移的因素分为矿堆因素和溶液因素,矿石颗粒尺寸和级配、矿堆孔裂隙率、矿堆高度、偏析和密实现象等均属于矿堆因素;喷淋强度、溶液温度、饱和率、渗流特性、酸碱度、氧化剂氧化能力等属于溶液因素。     

原地浸出采矿中溶浸剂的作用机理与流动特性

分析了溶浸剂的作有机理,认为原地浸出过程是一个多相反应动力学过程,浸出速度与溶解化学反应速度、反应物和生成物的扩散速度等因素有关。根据多相反应扩散动力学理论,建立了地浸中化学溶浸剂溶浸开采金属的数学模型。在假定裂隙岩体为拟连续介质,流体在整个岩体中的流动规律服从Darcy定律的条件下,导出溶浸剂在裂隙介质中的流动物性方程和渗流数学模型。     

多孔介质中的溶质扩散与浮重关系研究

考虑到多孔介质中的溶质扩散过程与浮重存在一一对应的关系,建立了一维情况下,反映溶质扩散与浮重关系的数学模型,并用有限体积方法获得模型的数值解。实例计算表明,当多孔介质中的溶质浓度高于周围流体中的溶质浓度时,溶质由孔隙向主流体中扩散,随着扩散进程的进行,多孔介质的浮重逐渐减小,并且浮重减小速率逐渐降低,从孔隙内部到孔隙出口,溶质浓度和溶液密度都逐渐降低。随着扩散系数或者孔隙率的增大,多孔介质的浮重减小速率增加,孔隙中的溶质浓度和溶液密度降低。随着周围流体中溶质浓度的增加,多孔介质的浮重减小,并且减小速率降低,孔隙中的溶质浓度和溶液密度增加。当主流体中的溶质浓度大于孔隙中的溶质浓度时,随着时间的增加,溶质由主流体逐渐向孔隙内扩散,多孔介质的浮重逐渐增加,并且浮重增加的速率逐渐降低,从孔隙内部到孔隙出口,溶质浓度和溶液密度逐渐增加。     

堆浸工艺中溶浸剂的作用机理与流动特性

分析了溶浸剂的作用机理,认为堆浸浸出过程是一个多相反应动力学过程,浸出速度与溶解化学反应速度、反应物和生成物的扩散速度等因素有关。根据多相反应扩散动力学理论,给出了化学溶浸剂溶浸开采金属的定量描述。在假定裂隙岩体为拟连续介质,流体在整个岩体中的流动规律服从Darcy定律的条件下,导出了溶浸剂在多孔介质中流动的孔-裂隙二重非稳定渗流数学模型。     

水热作用下钙芒硝溶蚀特性与力学特性试验

为了研究钙芒硝盐岩在不同温度水溶作用下的溶蚀及力学特性弱化规律,采用自研的一种 CT 扫描过程中实时加载加温溶浸试验装置,进行了不同温度淡水溶浸下钙芒硝盐岩实时显微 CT 扫描与单轴压缩试验.对比分析钙芒硝在不同温度水溶下的细观结构与力学特性变化,得出钙芒硝在不同温度水溶下的溶蚀规律,揭示力学特性弱化机理.研究结果表明:钙 芒 硝 完 全 溶 解 结 晶 后,孔 隙 率 从 ０．９６％ ~２．６５％增加到１６．６０％~１８．４１％;钙芒硝盐岩的溶解结晶厚度随时间的变化遵循幂函数关系:δt＝atb ;淡水温度从２０℃增加到３５℃时,溶解速度提升较大,从３５℃增加到８０℃时,溶解速度平缓增加,从８０℃增加到９５℃时溶解速度增加剧烈;未溶解结晶区的截面积S 与单轴压缩强度P 之间存在线性关系,针对直径２０mm 的试件,可以表示为:P＝１．７６７＋０．０２２９S.研究成果对盐类矿床水溶开采、盐穴储气库建设以及其他有钙芒硝溶蚀问题的工程岩体稳定性研究有一定的指导意义.     

微焦点显微CT机在岩石微细观结构中的应用

采用焦点尺寸＜3μm,分辨率0.5 μm,密度分辨率0.3％的显微CT系统,研究岩石微细观结构.研究了煤岩、油页岩、花岗岩在不同温度下的孔裂隙结构和钙芒硝的水溶过程,结果表明:1)随温度的增加,煤体孔隙率、连通团大小呈先增后减变化,逾渗转变发生在230～250℃.2)花岗岩在高温时形成包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹,裂纹多产生于颗粒之间,有少部分穿晶裂纹,且穿晶裂纹的比例随温度的升高而增大.3)钙芒硝的溶解速度与时间呈反比关系,溶解时间越长,速度越慢.     

半承压煤层瓦斯流动的数学模型

煤层作为富含孔隙和裂隙的多孔介质,其中赋存的瓦斯流动符合多孔介质中的流体渗流规律,即达西定律。当煤层上覆岩层和底部岩层为致密岩层、透气性极小时,可以认为完全不透气,则含瓦斯煤层为承压煤层;当煤层上覆岩层和底部含有一定的裂隙,其渗透系数与含瓦斯煤层相比虽然很小,但仍然有少量瓦斯通过透气性较低的上下岩层流入或流出含瓦斯煤层,此时含瓦斯煤层为半承压煤层。在承压煤层瓦斯流动的基础上,考虑半承压煤层瓦斯流动的特性,分别推导了渗透率各向同性和各向异性条件下半承压煤层瓦斯流动的微分方程,从而建立了半承压煤层瓦斯流动的数学模型。     

钙芒硝岩盐化学溶解特性实验研究

岩盐是一种特殊的岩体，有其自身特殊的物理特性，其采后留下的溶腔是建造地下油气、核废料储库的理想场所。通过对岩盐中的钙芒硝，在氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、盐酸溶液和纯水等不同溶解条件下的溶解实验，得出了一些有益的结论，可为地下储库的建造和岩盐水溶开采的快速建槽提供参考。     

钙芒硝盐岩溶解的温度效应

钙芒硝盐岩化学成分为硫酸钠与硫酸钙的化合物,其化学成分的复杂性决定了其属于难溶性盐。溶解机理分析发现,其溶解过程包括硫酸钠和硫酸钙的溶解与其结晶,但硫酸钙结晶后会形成一层膜覆盖在矿物表面,减少溶解表面面积,对硫酸钠的溶解有抑制作用。实验发现,钙芒硝的溶解具有温度效应:温度越高使溶解速率及溶解速度下降越迅速,使钙芒硝溶解变慢。压力浸泡溶解开采使现场采出效率提高了30%~40%。     

不同温度下钙芒硝矿溶解细观结构显微CT试验研究

对不同溶浸条件下的钙芒硝矿样进行了显微CT扫描实验,观测钙芒硝某一固定层面的物理细观结构在水溶液溶浸作用下的变化规律与特征,揭示了溶浸温度与时间对钙芒硝溶解特性的影响。结合钙芒硝溶解的宏观质量变化与细观孔隙率及裂纹演化,研究了不同温度下的钙芒硝溶解特性。根据实验与理论分析结果,得到：钙芒硝矿中Na 2 SO 4 在未达到其饱和溶解度前,溶解不断进行,同时,存在CaSO 4 的溶解与水化结晶两个动态平衡;溶解和结晶的速度影响钙芒硝孔隙率的变化;室温溶浸时,钙芒硝容易碎裂,35 ℃时,钙芒硝溶解相对稳定,65 ℃和95 ℃时,短时间内溶解速度较高,随着时间增长,溶解速度减小,且95 ℃溶速低于65 ℃;不同温度钙芒硝的溶解-渗透方式不同。     

温度-浓度耦合作用下可溶岩钙芒硝溶浸细观结构演化

岩石细观结构通常随外部环境变化而逐渐发展演化,为了研究不同溶浸条件下钙芒硝细观结构演化的规律。通过对特殊的钙芒硝可溶岩在不同温度与浓度溶液中溶蚀过程进行显微CT观测,以孔隙率为表征参数,研究了不同温度、不同浓度盐溶液中,4 mm×4 mm×9 mm长方体试样同一截面的孔隙结构演化特征。试验结果表明,各种条件下钙芒硝均由表及里进行溶解,孔隙发展具有明显的渐进过程;3种浓度条件下,钙芒硝在淡水中的溶浸速度及细观结构演化最快,孔隙率随时间呈线性规律急速增大。在常温淡水溶液中溶浸48 h后,钙芒硝的孔隙率较初始孔隙率增大近10倍,而在半饱和与饱和盐溶液中仅增大1~2倍。不同温度条件下,95℃溶液比常温溶液作用下钙芒硝孔隙率演化速率提高了4~5倍。溶浸作用下钙芒硝可溶岩孔隙率演化存在显著温度与浓度效应。     

钙芒硝空隙的CT实验研究

采用μCT225KVFCB高精度显微CT试验系统,利用CT衰减系数,从细观角度研究了自然状态下钙芒硝的空隙情况.研究表明:钙芒硝岩样的空隙度仅为0.59%-0.7%,等效空隙直径仅为1.11μm.这些研究结论对钙芒硝原位水溶开采的实施和控制具有非常重要的意义.     

含杂质盐岩力学特性对比试验研究

从某地拟建地下盐穴储库库区取芯,对含不同杂质盐岩（纯盐岩、钙芒硝质盐岩、硬石膏质盐岩及泥质混合盐岩）进行了力学试验,并对所获得的力学特性进行了对比分析。结果表明：① 在单轴和三轴压缩试验过程中,不同杂质成分对抑制盐岩的变形能力、提高盐岩抗压强度的作用有所不同;② 含不同杂质盐岩的弹性模量、单轴抗压及抗拉强度有较大变化区间,钙芒硝质盐岩的弹性模量和抗拉强度较大;③ 通过三轴压缩试验获得含不同杂质盐岩内摩擦角的量值明显低于纯盐岩,而黏聚力均大于纯盐岩。除纯盐岩外,硬石膏质盐岩的内摩擦角和黏聚力相对较小。     

钙芒硝物质的早强机理和应用

本文简要介绍了钙芒硝的矿物组成和化学成分，剖析了钙芒硝在水－水泥体系中发挥促凝早强作用的机理，对比分析了作为砼外加剂原料芒硝比硫酸钠更加优越的原则，拓展了钙芒硝在建筑业中应用的广阔前景。     

湖南省衡南县咸塘钙芒硝矿地质特征及矿床成因分析

咸塘钙芒硝矿赋存于始新世中期的下第三系霞流市组茶山坳段中上部第四岩性带—上硫酸盐带中。共有矿体(层)3个,以I、II#矿体(层)为主,呈层状、似层状和透镜体产出;平均厚32.17m,最大厚度达60余m;平均品位Na2SO423.96%~27.16%,最高达44.73%;矿石组分简单,主要为钙芒销、石膏、硬石膏。矿床成因属内陆湖相蒸发沉积之层状硫酸盐型钙芒硝矿床。     

深部盐岩溶解速率试验研究

利用自制仪器对某超深地层(约2000m)盐岩、含泥盐岩进行了常温和高温溶解试验,发现密度与时间关系呈现指数衰减,并对其参数进行了拟合,得出常温下纯盐岩的溶解速率是含泥盐岩的1.26倍,高温86℃和高温50℃时的溶解速率分别是常温下的2.32和1.49倍。根据质量守恒原理,分别推导得出了常温和高温下溶解速率与密度的函数关系。通过实验数据得出,常温和高温下溶解速率与密度都可以近似成线性关系,并对各个参数进行了拟合,为深部盐岩溶腔建腔模拟提供了基本参数。