地下原油储备库勘察单井水文测试试验

在岩体节理发育程度不同和岩层渗透水能力差异大的情况下,不能采用单一的压水-消散试验程序进行压水试验,而必须根据钻孔基岩的渗透能力不同选用不同的试验方法,并运用相应的分析方法,以求得最为准确的地层水文地质数据.根据岩体的渗透能力由强到弱选择的试验方法次序是降水头试验、吕容试验、标准短段测试(压水-消散试验)、脉冲试验.水文测试可以分为两种:单井测试和多井测试.本论文仅包括单井测试数据,通过单井测试数据,最终获得了地下岩体的基本渗透分布规律、地下水位测定值、潜水位分布规律.这些结果对于锦州地下原油储备库的可行性研究是非常重要的.     

用孔压静力触探试验估算软土渗透系数

本文首次提出了利用孔隙水压力—静力触探探头进行现场渗透试验。探头停止贯入后超孔隙水压力的消散相当于一次原位固结渗透试验。考虑超孔隙水的渗滤特征和体液质点的运动状态,并根据达西(Darcy)定律,可导出利用孔压静探探头实测消散资料估算软土渗透系数值的式子。文中对这一估算式进行了讨论,并按照这一方法作了实测计算。     

裂隙岩体渗透张量的确定和修正

分析了实验室法、现场测试法、裂隙采样测量法和反演法确定裂隙岩体渗透张量的优缺点。提出了用单孔压水试验修正裂隙采样测量裂隙岩体渗透张量的确定方法，并采用该方法对某大型磁铁矿边坡进行了岩体渗透张量的测定。试验表明，该方法能较好刻画裂隙岩体渗透特性的各向异性，更好地消除裂隙非贯通性和充填物的影响以及压水试验尺寸的效应影响。     

裂隙岩体高压压水试验研究

裂隙岩体渗透特性往往由于裂隙发育的随机性而难以准确描述,现场高压压水试验通过研究压力P-流量Q关系曲线来了解裂隙岩体宏观渗透特性.某抽水蓄能电站高压岔管部位岩体存在较大规模的断层及影响带,为配合工程处理设计,采用现场高压压水试验对断层(含影响带)、断层周围岩体的透水性及渗透变形特性进行评价,现场试验的结果表明裂隙的张开扩展是裂隙岩体渗透变形的主要形式,也是P-Q曲线类型非线性的主要原因.为对试验过程和成果进一步量化,采用等效连续介质模型和三维有限元数值模拟技术对试验进行模拟.对比分析成果可见,P-Q曲线基本吻合,采用现场试验与数值计算相结合的方法可以较好地对裂隙岩体的宏观渗透性进行分析评价.     

煤-热协同开采导水断层岩体热-流-固耦合试验研究

导水断层岩体的高渗透性为煤炭-水热型地热能高效协同开采提供了新思路,研究深部热-流-固耦合条件下断层岩体的渗透性演变规律是实现煤-热协同开采的重要前提。自主研制了热-流-固耦合三轴试验系统,开展了导水断层岩体热-流-固耦合特性试验。试验结果表明,热-流-固耦合作用下破碎岩体的渗透过程可以划分为冲蚀增透阶段及体缩抑流阶段,其中,冲蚀增透阶段发生在试验初期,岩体的渗透性参数(孔隙率、流速及渗透率)在该阶段迅速增长,进入体缩抑流阶段后保持小幅波动。高温下岩石颗粒的热膨胀效应抑制了岩体孔隙空间扩展,导致渗透参数在冲蚀增透阶段增长缓慢;水压越高,渗透参数在冲蚀增透阶段增幅越大,表明高水压的冲蚀效应更显著;加载轴压与围压均会促进岩体的体缩效应,抑制渗透压力的冲蚀效果,导致试样渗透特性降低。文章丰富了导水断层岩体热-流-固耦合特性研究,为煤-热高效协同开采提供了试验基础。     

渗透-应力耦合作用下灰岩压缩破坏及声发射特性分析

富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用自主研发的渗透-应力耦合试验装置进行了不同渗透水压下的单轴压缩破坏、声发射和压汞试验,分析了灰岩的应力-应变、峰值强度、特征应力、破裂和声发射特性以及劣化机制等。研究结果表明:随渗透水压力增大,灰岩压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,峰值应力为指数衰减;闭合应力和损伤应力均随渗透水压力增加呈线性减小,而随峰值应力增大而增加,表明溶蚀作用增加了灰岩损伤敏感程度;渗透水压力对灰岩破裂形式未造成较大影响,以劈裂破坏为主,且碎块均匀度与渗透水压力、峰值应力均为指数关系;不同渗透水压力下,灰岩声发射振铃计数大致经历了"平静-发展-突增-跌落"过程,水岩作用弱化了灰岩结构稳定性,导致应变能提前释放;渗透水对灰岩具有溶蚀和引裂作用,随渗透水压力增加,单位质量孔隙体积呈指数增加,起裂应力呈线性衰减。研究结果可为地下富水岩体的开挖的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

基于水—岩耦合试验的峰峰组灰岩渗透性规律分析

应用岩石力学试验系统,对奥陶系顶部峰峰组灰岩进行岩体水—岩耦合试验,分析在不同围压和渗透水压条件下,灰岩的强度变化规律、灰岩的变形程度和渗透率变化规律,研究灰岩在应力场与渗流场综合作用下渗透性的变化情况,分析峰峰组灰岩的相对阻隔水性能。     

基于压水试验的底板泥岩阻水能力研究

现场原位压水试验是揭示岩层阻水能力的可靠方法。为探究下组煤底板泥岩阻水能力,采用现场压水试验的手段对兖州矿区破碎程度不同的两段泥岩进行测试。采用渗透系数和平均阻水强度作为评价指标,对岩体的阻水能力进行对比分析。研究结果表明：破碎泥岩的渗透性远高于厚层状完整泥岩的渗透性,阻水能力有限;岩体的渗透性在水压达临界值后发生突变,水压对岩体渗透性的改变,在破碎泥岩中表现出持续性,而在厚层状完整泥岩中表现出瞬时性;厚层状完整泥岩的平均阻水强度明显超过破碎泥岩的平均阻水强度,能够阻抗更高的水压。本研究成果对兖州矿区下组煤底板泥岩阻水能力的认识,有一定的指导作用,同时也为下组煤的安全开采提供了重要参考依据。     

压水试验定量评价单孔注浆效果影响因素分析

针对注浆堵水工程采取压水试验对单孔注浆效果进行定量评价过程中存在渗透性能数学计算模型及试验参数选定不同对评价结果的影响问题,在系统分析总结渗透性能数学计算模型及其适用条件的基础上,定量分析了不同计算公式计算岩体渗透系数的差异大小,提出了辐射井类定向近水平顺层及分支钻孔压水试验不宜套用传统的管井类钻孔压水试验数学计算模型计算岩体渗透系数。在分析选定不同压水试验参数对单孔注浆效果评价结果影响大小的基础上,从煤矿防治水和注浆堵水技术的角度,给出了高压压水试验对单孔注浆效果进行定量评价的参数选定标准和评价方法步骤。     

三维应力下微型试件裂缝渗透率的试验研究

为研究岩石水力学和合理预测工程岩体中复杂的渗流状态,针对微型石灰岩试件天然裂缝三维应力作用下的渗透性进行了试验研究。利用太原理工大学多功能综合加载-渗透系统,在恒定渗透压和固定围压条件下,进行轴压变化对渗透影响的试验;在恒定渗透压和固定轴压条件下,进行围压变化对渗透影响的试验。     

Permeability of the Coal Seam Floor Rock Mass in a Deep Mine Based on In-situ Water Injection Tests

In-situ water injection tests were carried out to study the hydraulic conductivity of the roadway floor strata in the Chengjiao coal mine. Reliable water pressure test data were obtained to assess the permeability of the floor’s rock mass. The initial water pressure of the intact rock mass was greater in the first water injection test, which indicated that its permeability was low. The water pressures increased when the test was repeated, which showed that cracks had propagated in the rock mass. The maximum hydraulic conductivity of the intact rock mass was obtained from different water injection tests and the results were compared with those of the Dongtan Mine in the Yanzhou coalfield, where the floor strata is geologically similar to the Chengjiao Mine’s. The test data verifies that the mine floor’s intact rock mass is very water-resistant. The risk of a water inrush can be judged by the numerical relationship between this resistance and the water pressure of the limestone aquifer. These results can be useful in preventing water inrush through the floor strata in other deep mines.     

微生物诱导碳酸钙沉淀填充裂隙岩体渗流规律试验研究

利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)填充裂隙岩体,采用自主研发的三轴压缩渗流试验装置,进行了不同裂隙宽度、充填率、围压条件下MICP充填裂隙岩体渗流试验,同时测量岩体横波波速。研究结果表明:MICP充填裂隙岩体试样渗透系数受裂隙宽度的影响,也受填充率影响。不同宽度的MICP充填裂隙岩体渗透系数随围压升高呈下降趋势,最高可下降58.03%;当围压较小时,渗透系数下降较快,随着围压增大,渗透系数下降速度逐渐减慢;同一岩性MICP充填裂隙岩体渗透系数随波速增加而减小。MICP充填裂隙岩体渗透系数计算公式可拟合为自然对数横波波速与负指数围压之和形式。研究结果对于MICP充填技术在裂隙岩体注浆应用具有重要意义。     

破碎岩石渗流特性及其应用研究

根据采空区岩石的特征,制配破碎岩石岩样,利用MTS815.02岩石力学伺服试验系统及渗透仪完成了破碎岩石的渗流试验,利用1stOpt(First Optimization)软件分别对渗透率和非达西流因子与孔隙率、粒径的关系进行了二元统计分析,分别给出了三者之间的关系式。研究表明,渗透率与孔隙率呈幂次关系,相同孔隙率下,渗透率受粒径影响。根据采空区孔隙率分布情况和试验结果,推出采空区渗透率和非达西流因子的表达式,用VB编程并利用Tecplot9.0软件对数据进行处理,给出了采空区渗透率和非达西流因子的分布图。这对采空区漏风及自燃发火的防治研究具有重要的意义。     

抽水试验确定隧道岩层渗透系数

隧道设计与施工,查明围岩岩层的透水性十分必要,该深埋隧道勘探工程,根据含水岩层的差异,采取分段抽水试验方法,计算出不同埋深段的岩层渗透系数。设计单位采用该抽水试验结果进行隧道设计,工程施工时实际涌水量与计算值较吻合。该文结合隧道抽水试验对求解渗透系数作了些有益的探讨,供勘察设计单位参考。     

应力路径对煤岩渗透率影响实验研究

依据煤岩体在巷道开挖后应力出现重分布特征,利用CGMS煤层瓦斯气液相对渗透率测试系统,对屯留煤矿煤样施加不同应力组合以研究三轴加载条件下渗透率与应力、温度之间的耦合关系。实验结果表明,渗透率随应力、温度的增加而减小,各个方向的应力对渗透率的影响程度不同,且差别较大;与应力相比,温度对渗透率的影响相对较小。得出了渗透率与三轴应力和温度之间的关系,并对温度和应力对渗透率的影响进行了理论分析。     

压水试验定量评价注浆效果研究

注浆后岩体渗透性和力学强度是反映岩体注浆效果的重要参数,为定量评价注浆堵水工程效果,以安徽某矿奥灰特大突水抢险注浆堵水工程为例,提出采用钻孔高压压水试验方法,对C53太原组灰岩堵源注浆效果进行定量评价。针对高压压水试验过程中岩体渗透性的剧烈变化特征,提出采用紊流渗透定律计算岩体渗透系数。研究结果表明:C53太原组灰岩注浆后表现出良好的隔水性能,阻水性能呈现出高阻弱渗的特点,渗透性等级属极微~微透水,与注浆前弱~中等透水的渗透性等级对比,渗透性能显著变弱,说明堵源注浆效果良好;可根据临界抗渗强度来评价C53太原组灰岩注浆后抵抗水力劈裂的力学强度,经计算其临界抗渗强度为1.83 MPa/m,依据阻水系数消能试验测试原理,注浆后C53太原组灰岩足以抵抗5.64 MPa奥灰水的劈裂破坏,可以消除煤层底板奥灰突水威胁,能够达到堵源注浆工程目的。     

分级加载下破碎砂岩渗透特性试验及其稳定性分析

煤岩体的渗透特性与孔压梯度满足渗流失稳条件时,易引发突水和瓦斯突出灾害。破碎岩体长时间缓慢变形过程中,其渗透特性将随孔隙率的变化而发生改变,且破碎岩体不同粒径的配比会影响其渗透特性。采用Talbol级配理论,利用DDL600电子万能试验机、渗透仪等试验设备,设置五级轴向恒载加压,每级恒载加压下对应4种不同渗透压进行试验,探究不同粒径配比下的破碎砂岩渗透特性。试验结果表明：① 轴向荷载从第1级加载至第5级,随着缸筒内破碎砂岩有效应力的增大,描述渗流速度变化的参数Dv均呈减小趋势;② 恒载变形后期,破碎砂岩随孔隙率减小,其渗透率总体呈减小趋势,而非Darcy流β因子的绝对值增加;③ 不同Talbol幂指数的破碎砂岩,渗透率与非Darcy流β因子的大小存在差异,n=0.5时,破碎砂岩渗透率最小,非Darcy流β因子最大,n=1.0时,破碎砂岩渗透率最大,非Darcy流β因子整体较小。研究可见,破碎砂岩颗粒粒径很小或颗粒破碎细化非常严重时,非Darcy流β因子较容易出现负值,破碎砂岩发生渗流失稳。     

基于RFPA~(2D)-Flow软件对裂隙岩体渗透特性表征单元体的研究

大型水利水电工程多依附于高陡裂隙岩体边坡而建,而边坡的渗控结构成为研究重点。为进一步研究裂隙岩体渗透特性及其各向异性的影响因素,基于C语言程序,考虑不同迹长、密度的概率分布,通过蒙特卡罗方法生成随机裂隙,然后将随机裂隙导入有限元渗流计算软件RFPA~(2D)-Flow,形成渗流裂隙网络模型。通过对不同的方位、不同尺寸上的等效渗透系数的模拟计算,得到不同工况下的渗透张量,结合类张量特性和类常量特性判定依据,确定渗流表征单元体,并自定义渗透特性各向异性系数,研究裂隙的密度、迹长对岩体渗透张量、表征单元体尺寸和各向异性系数的影响。结果表明:①裂隙密度和裂隙迹长对裂隙岩体的渗透主值影响较大,但对渗透主方向几乎无影响,随密度或者迹长的增大,裂隙岩体的渗透主值逐渐增大;②在一定范围内,随着裂隙密度或迹长的增大,裂隙岩体的渗透表征单元体尺寸逐渐减小;③裂隙岩体渗透特性的各向异性系数r随密度增大逐渐减小,随裂隙迹长增大呈现先减小后增大的趋势。在此基础上,以锦屏一级水电站坝区左岸边坡裂隙岩体为例,根据地质勘探所获的裂隙概率分布特征及相关参数,利用本文研究方法进行渗流数值模拟计算,确定锦屏左岸裂隙岩体的渗透张量和表征单元体尺寸,并结合现场压水试验结果对本文数值模拟结果进行修正,修正系数在一个数量级之内,说明本文模拟计算结果与实测结果相近。     

煤层注水时有效围压对煤体渗透性的影响

针对煤层注水渗流过程中,煤体所受的有效围压对煤体渗透性影响很大的问题,通过自行研制的煤岩样渗透率测试系统,对有效围压与煤样渗透率之间作用规律进行了试验测试分析,得到了试验煤样渗透率与有效围压之间相互影响的拟合方程,以及煤样渗透率对有效围压的敏感性系数。结果表明,随着有效围压的增加,不同煤样的渗透率均规律下降,且满足一元二次多项式的变化规律,不同煤样渗透率对有效围压变化的敏感性相似。     

化学示踪连通试验在矿井充水条件探查中的应用

为获取地下水流速和渗透系数等水文地质参数、查清含水层水力联系、查明矿井充水条件，在内蒙古某矿设计实施了化学示踪试验。通过对国内外化学示踪试验资料整理、统计分析，总结出化学示踪剂用量与投放距离、含水层性质的经验关系式，并对本次示踪剂用量做出了评价。同时，对试验中监测点水中均未出现Cl-浓度增高现象进行了科学解释，提出类似含Cl-示踪剂中的某些离子可能被地下岩层特定矿物质吸附时，只要化学试剂中的一种离子能达到试验效果，且具有成本低、易获取等特点，即可选择其作为示踪剂的观点。