爆炸荷载下岩石I型微裂纹动态扩展研究

 基于低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗方法,以断裂动力学为基础,采用ABAQUS内嵌哑节点数值模块及编写的气楔型荷载程序,对爆炸冲击波荷载下岩石I型微裂纹动态起始扩展和爆生气体的动态作用效果进行数值研究,以期得到优化的加载方式使得岩层整体渗透性得到提升。研究结果表明：(1) 较长的冲击波上升沿持续时间可激活岩石中更多的I型微裂纹动态起始扩展;(2) 冲击波峰值压力越大,裂纹尖端动态能量释放率越大,反之越小,过大或过小的冲击波峰值压力均不利于岩石I型微裂纹的动态起始扩展和爆炸能的充分利用;(3) 对比爆生气体准静态与动态2种分析方法产生的结果,发现动态计算结果对于裂纹的持续扩展更加有利,同时也能更加合理地解释裂纹运动失稳现象。最后基于上述研究总结对爆炸荷载下深层岩体动态破裂过程的新认识。     

液态CO2爆破煤层增透最优钻孔参数研究

 爆破钻孔参数的选取是消除爆破空白区域、提高爆破增透和瓦斯抽采效果的关键。监测液态CO2爆破过程中爆破器主管内高压气体压力时程曲线,研究液态CO2爆破煤层增透机制,并建立FLAC3D数值模型,研究结果表明：在水平层理上,单孔液态CO2爆破有效影响半径为出气孔方向6 m和出气孔法向4 m;控制孔明显增加多孔连续爆破裂隙区范围。采用数学计算和数值模拟2种方法确定多孔连续爆破最优钻孔参数为：爆破器间距5 m和爆破孔间距7.5 m。进行井下液态CO2爆破试验,爆破后煤层透气性系数提高17.49～22.76倍,瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混量提高1.71倍。合理选取液态CO2爆破钻孔参数,为井下节约爆破成本和达到最佳爆破效果提供参考。     

尾矿库中新型复合排渗管排渗特征试验研究

尾矿库中排渗设施的淤堵是常见的现象,也是影响其安全的重要因素。为提高排渗管的排渗能力和抗淤堵性能,开发了一种新型复合排渗管,新型复合排渗管在土工布和排渗花管之间增加了一层格构网。通过室内模型试验,研究格构网的结构和花管开孔率对新型复合排渗管排渗特征的影响,分析了新型复合排渗管的抗淤堵性能,揭示了新型复合排渗管的排渗机理。试验结果表明：外包格构网增加了排渗管的等效开孔面积,优化了排渗管的排渗路径,提高了排渗管的排渗能力。随着花管开孔率的增加,外包格构网对排渗管排渗能力的影响减小。外包格构网提高了排渗管的抗淤堵能力,随着土工布的淤堵,传统外包土工布排渗管和新型复合排渗管的排渗量均有所降低,传统外包土工布排渗管排渗量降低的程度更大。当单向连通格构网的连通方向与排渗管的纵向方向有夹角时,排渗管的排渗能力不增反减。使用单向连通格构网时,须保证格构网的连通方向与排渗管的纵向方向一致。     

低渗透岩石三轴压缩过程中的渗透性研究

 采用岩石全自动三轴伺服仪,对低渗透花岗岩进行考虑渗透水压作用的三轴渗流–应力耦合试验。基于试验结果,研究花岗岩在不同围压和渗压下的渗透特性,分析岩石应力、应变变化过程中渗透率随围压、渗压和体积应变的变化规律。试验结果表明：岩石的应力–应变关系具有典型的脆性特征,渗压相同围压不同时,岩石强度随围压增大而增加;围压相同渗压不同时,较低的渗压对低渗透岩石强度影响不明显。岩样体积应变经过压密和扩展2个阶段,最大体积压缩应变随着围压的增加而增加,而岩样渗透率最小值并未出现在最大压密处,而是出现在体积应变拐点前,约在最大压密体积应变的95%处,并给出渗透率与体积应变的关系式。     

基于双重逾渗模型的裂隙多孔介质连通性研究

 孔隙和裂隙是裂隙多孔介质的2种渗流通道。在低渗和特低渗情况下,孔隙和裂隙能否构成贯穿的通道,决定介质能否发生渗流。针对低渗和特低渗裂隙多孔介质的连通性,结合孔隙逾渗理论和裂隙逾渗理论,提出一种双重逾渗模型。基于该模型,提出能够反映和比较裂隙多孔介质连通性的2个量化参数 和D,并重点讨论这2个量化参数物理意义。根据 和D这2个参数分析裂隙多孔介质的连通性特征。分析结果表明,以 为临界值,可以将裂隙多孔介质分为3种类型：“弥散型”、“临界型”、“指向型”。当 时,介质具有自封闭趋势,属于“指向型”;随着孔隙连通和裂隙方向随机性的增强,这种自封闭趋势会被破坏,使介质趋向于“弥散型”,即利于连通。少量长裂隙的存在对介质的连通性起决定作用。     

增层结构的抗震试验研究

利用模型试验研究了分离式外套框架和结合外套框架增层结构的抗震性能,探讨了在外套框架与原结构之间设置连接件后,整个增层结构刚度受到的影响以及动力特性和动力响应的变化;验证了一种在保证原结构可靠性的基础上,降低整体结构地震响应的方向和方法,也为采用外套框架增层结构的未来设计和优化控制提供了一定的依据,本试验研究是在理论分析计算的基础上完成的。     

裂隙岩体逾渗模型中渗透概率递推矩阵

用二维座逾渗模型描述裂隙岩体的渗透问题,将岩体划分为众多单元网格,每个单元赋与一定的渗透概率,提出一种解析方法计算裂隙岩体的渗透概率。建立多单元网格渗透概率递推矩阵的概念,并根据相邻列单元渗透递推关系,推导出3×n及4×n型单元网格的渗透概率递推矩阵;应用渗透概率递推矩阵可以计算任意列数单元网格的渗透概率。基于渗透概率递推矩阵,推导出3×3及4×4型单元网格的渗透概率解析表达式,并应用重整化群方法分别计算出基于2×2,3×3及4×4型基元的临界渗透概率,并与Monte Carlo法结果进行比较,分析重整化群化误差产生的原因。     

土性和埋深对增阻推力的影响研究

针对土性和埋深对增阻推力的影响,采用模型试验方法进行了研究,利用正交试验法进行了模型试验,得到筒体在不同土体中由增阻力提供推力与所研究参数的关系,从而指导自行走掘进机的设计和施工。     

不同饱和度砂岩渗透率、孔隙度随应力变化规律研究

 制备含水饱和度为0%～70%的砂岩岩样,利用低渗透岩石气体渗透测试装置,对不同含水饱和度的砂岩岩样进行气渗试验,测量其在不同围压和渗压下的渗透率以及对应围压下的孔隙度,分析和讨论不同含水饱和度低渗透砂岩渗透率、孔隙度与应力三者之间的关系。得到以下结论：含水饱和度低于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率随孔隙压力的增大而减小,含水饱和度高于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率的变化规律相反;气测渗透率与孔隙压力符合指数函数关系;随着含水饱和度的增大,气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性减少,且气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性随着孔隙压力的增大而增大;绝对渗透率、孔隙度与围压均呈指数函数关系;随着含水饱和度的增大,绝对渗透率对围压变化的敏感性增大,对孔隙度变化的敏感性减小,且绝对渗透率和孔隙度对围压变化的敏感性均是随着围压增大而减小;低渗透砂岩的孔隙度与其绝对渗透率的变化成正相关,孔隙度的少量降低即能引起其绝对渗透率的大幅度下降;绝对渗透率与孔隙度成指数函数关系;随着含水饱和度增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性增强,且随着孔隙度的增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性也逐渐增强。     

温度围压对低渗透砂岩孔隙度和渗透率的影响研究

 对低孔、高孔两组低渗透砂岩岩心孔隙度和渗透率在温度压力共同作用下的变化特征进行试验研究。在围压5 MPa、温度25 ℃的条件下,第一组砂岩的孔隙度变化范围为3.2%～4.6%,渗透率为0.098 8×10－3～0.191 9× 10－3 μm2;第二组砂岩的孔隙度变化范围为12.8%～14.2%,渗透率为0.176 7×10－3～0.301 3×10－3 μm2。研究结果表明,在试验采用的温度、压力变化范围(25 ℃～80 ℃,5～55 MPa)内,两组低渗透砂岩的孔隙度、渗透率都表现出了较强的压力、温度敏感性。随温度、围压升高,孔隙度、渗透率都减小,围压对渗透率的影响明显高于温度对渗透率的影响。总的趋势看,温度对孔隙度的影响高于围压对孔隙度的影响,恒定测量围压5 MPa,温度由25 ℃升高到80 ℃,低孔低渗砂岩孔隙度下降了34.7%,渗透率下降了75.1%;高孔低渗砂岩孔隙度降低了18.4%,渗透率下降了35.2%;恒定测量温度25 ℃,围压由5 MPa升高到55 MPa,低孔低渗砂岩孔隙度降低32.3%,渗透率下降了89.5%,高孔低渗砂岩孔隙度降低了4.6%、渗透率降低了77.4%。     

下辽河盆地西部斜坡区砂岩型铀矿成矿地质条件分析

为分析下辽河盆地西部斜坡区砂岩型铀矿成矿地质条件,本次研究通过收集整理下辽河盆地以往地质勘查资料,利用煤田钻孔资料的"二次开发",结合野外地质调查及能谱测量工作,对盆地的铀源条件、盆地构造及"补—径—排"体系、目的层条件等进行了分析,认为下辽河盆地西部斜坡区砂岩型铀矿成矿地质条件良好,其中明化镇组是成矿最有利层位;在控矿因素研究基础上,圈定了欢喜岭—盘山、大虎山—大民屯两个砂岩型铀矿成矿远景区,为进一步勘查提供思路。     

二连盆地额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿元素地球化学特征

额仁淖尔凹陷近期发现的砂岩型铀矿床反映了该区具有砂岩型铀矿找矿潜力。本文通过该区不同岩性常量元素与稀土元素分布规律的研究,揭示了额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿元素地球化学特征,探讨了该区元素地球化学与铀成矿的关系。额仁淖尔凹陷内铀成矿作用与FeO、CaO、MgO和烧失量关系密切;稀土元素具有分区分带性,由氧化砂岩中迁出,在含矿砂岩中局部沉淀富集,形成较大的含量差异;轻重稀土的分异程度与氧化作用有关。以上特征可作为该地区铀矿勘查地球化学标志。     

鄂尔多斯盆地南缘照金-焦坪地区铀成矿条件及半定量预测

照金-焦坪一带位于鄂尔多斯盆地南缘东部,处于渭北隆起与陕北斜坡过渡区域,周边分布有店头铀矿床。笔者通过典型矿床分析,结合成矿地质条件、航空放射性异常查证结果,总结砂岩型铀矿找矿标志,建立数学-物理找矿模型,并用俄罗斯半定量成矿预测技术对该研究区进行了成矿预测,新划定铀成矿远景区2片,推进了该地区铀矿资源勘查。     

新疆蒙其古尔铀矿床镭氡平衡系数计算的新方法

镭氡平衡系数是砂岩型铀矿勘查工作中的一项重要参数,及时开展该参数的研究对指导铀矿勘查评价、资源量估算等具有重要的意义.目前,镭氡平衡系数主要由两种方法确定,即分析对比法和物探参数孔观测方法.引入非线性渐近回归方程对物探参数孔观测数据进行曲线拟合,对蒙其古尔铀矿床西山窑组下段镭氡平衡系数进行了计算及研究,并对计算结果进行...     

岩石流体反应–流动耦合试验装置的开发

 原地溶浸采矿过程是一个典型受化学反应、流体流动以及物质迁移等多种因素非线性耦合作用的复杂过程。原地溶浸采矿过程中,伴随溶浸过程,矿层的渗透性分布会发生非常大的变化,这可能加剧矿层的非均匀性,使得溶浸剂和溶浸液在矿层中会发生非均匀流动现象,降低溶浸的范围和矿层的采收率。国内外现有的溶浸试验装置侧重于化学分析,不能很好地反映地浸现场条件下的高应力、高流体压力条件和流体流动的特点,同时在测量范围、精度上也不能满足科学研究的要求。为此研制岩石流体反应–流动耦合试验装置,该装置可以严格控制岩体应力和流体温度,实时在线监测系统内的流体压力、流量以及温度,实时分析流体的化学成分和岩芯的渗透性,通过分析手段可获得溶浸过程中的反应动力学参数和岩体成分等性质,实现对岩石流体反应流动耦合过程的全面分析。结合新型天然成因试剂地浸采铀法,在该试验装置上进行原状砂岩地浸试验,分析地浸过程中砂岩的渗透性、溶浸流体化学成分及铀矿采收率的变化情况。其中,当液固比为4时,铀的采收率接近60%,地浸过程中岩芯的渗透系数变化跨越3个数量级。这些试验数据显示,该装置的试验效果良好,加氧条件下矿层原地液地浸采铀是可行的,但渗透性的高度变异会影响到现场地浸的采收速率和采收率。     

不同装药模式爆破载荷作用下煤层裂隙扩展特征试验研究

 为了研究炸药在不同煤岩介质中爆破所产生的裂隙扩展和力学特征,提高深孔预裂爆破对低透气性煤层进行增透的效果,在实验室搭建爆破模拟试验系统,设计穿层钻孔和顺层钻孔2种不同的装药模式,以Froude 比例法建立煤层深孔预裂爆破的试验模型,利用相似材料配比加工制备尺寸为50 cm×50 cm×50 cm的试样进行爆破模拟试验。通过超动态应变仪监测煤岩层的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析爆破载荷作用下试样的动态力学特性和裂纹扩展特性。研究发现,裂纹主要是由压缩波与卸载波共同作用形成的,裂纹扩展方向与炮孔轴线方向垂直;在煤岩介质中实施穿层钻孔爆破的爆破效果优于顺层钻孔煤层爆破效果,当爆破应力波从煤层入射到岩层后,出现反射拉伸波,反作用于煤体上,加剧煤岩不同爆破介质的破坏程度,促使爆破裂隙的扩展。研究成果可用于指导井下低透气性煤层深孔预裂爆破装药方式的选择,以提高瓦斯抽采效率。     

松散破碎介质中气体渗流规律试验研究

 原地爆破浸出采场的铀矿堆,是一种松散破碎介质,其颗粒级配服从Rosin-Rammler分布。这种介质中的气体渗流同时受到介质的特征粒径、粒径分布指数和孔隙率的影响。为了研究这种影响,根据Rosin-Rammler分布,选配具有不同颗粒级配的7组试样,采用自制的松散破碎介质气体渗流试验装置,对其中气体渗流的规律进行试验研究,并利用试验结果,采用自适应神经模糊推理系统,建立根据特征粒径、粒径分布指数和孔隙率预测渗透率和惯性系数的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)模型。结果表明：松散破碎介质中的气体渗流不满足Darcy定律,而满足Darcy-Forchheimer定律;所建立的预测渗透率和惯性系数的ANFIS模型,能够给出具有足够精度的预测结果,这为渗透率和惯性系数的预测开辟新的途径。     

Improved uranium leaching efficiency from low-permeability sandstone using low-frequency vibration in the CO2+O2 leaching process

Extraction of uranium from low-permeability sandstone is a long-standing challenge in mining. The improvement of sandstone permeability has therefore become a key research focus to improve the uranium leaching effect. To address the low-permeability problem and corresponding leaching limits, leaching experiments are performed using newly developed equipment that could apply low-frequency vibration to the sandstone samples. The test results indicate that low-frequency vibration significantly improves the uranium leaching performance and permeability of the sandstone samples. The leaching effect of low-frequency vibration treatment is approximately nine times more effective than ultrasonic vibration treatment, whereas the concentration of uranium ions generated without vibration treatment is not detectable. Mathematical model that considers the combined action of physico-mechanical vibration and chemical erosion is established to describe the effect of low-frequency vibration on the permeability. The calculated results are in good agreement with the tested permeability values. This study thus offers a new method to effectively leach more uranium from low-permeability sandstone using CO₂+O₂ and provides an insight into the impact of low-frequency vibration on the uranium leaching process.     

青海花土沟地区砂岩型铀矿钻探施工技术研究

收集柴达木西北缘青海油田花土沟地区以往钻孔资料,在优选的有利施工地段开展砂岩型铀矿钻探施工。文章详细介绍了在该地区施工的钻进工艺方法及复杂工况处理,总结了在该地区钻探施工技术及经验。根据柴达木盆地可地浸砂岩铀矿钻探钻遇地层多为复杂地层的实际情况,提出应大力加强该领域的钻探技术研究,尽快进行钻探设备的配套匹配,提高我国地浸砂岩铀矿钻探的水平。