增强地热系统研究现状:挑战与机遇

开发地热资源,尤其是深部干热岩地热资源,是加快能源结构转型,顺利实现“双碳”目标的重要途径。增强地热系统经历了50余年的发展,在深部地热资源开采方面取得了丰富的研究成果和施工经验。回顾增强地热系统的发展历程,总结热储特征、储层改造以及示范项目的终止原因,分析商业化面临的挑战,探讨未来的探索方向和发展机遇,能够有效服务我国深部地热资源开发和示范项目的建设。在经历研究和开发阶段后,增强地热系统进入示范和商业化的飞速发展阶段,截至2021年末,世界累计的增强地热系统数量已达41个,累计发电装机量为37.41 MW;储层地质条件的复杂性和差异性以及现有改造技术对储层原位地质环境的依赖性,难以形成“可复制”的热储改造模式,由此导致的热储质量差等问题是制约增强地热系统发展的主要原因;建立典型的干热岩增强地热系统示范项目或探索基于采矿技术的增强地热系统,突破热储改造对原位地质条件的依赖性,形成“可复制”的深部地热资源开采体系,是增强地热系统未来的发展方向,也是实现深部地热资源大规模商业化的关键出路。      

湿度扩散诱发的节理岩体时效变形特性研究

湿度对岩体结构性能的影响显著,不仅造成岩体物理力学性能弱化,还在一定程度上产生湿涨变形,进而改变岩体的应力状态,大大增强岩体的时效变形特性。为了分析节理岩体在高湿度环境下的时效变形,采用湿度-应力-损伤耦合数值模型对水敏感岩体隧洞开挖后的变形量、围岩内的湿度扩散,以及应力演化进行了数值分析。通过对单组和2组节理岩体的变形、应力、湿度扩散的分析,揭示了节理弱面对湿度扩散和岩体变形的强化作用。开挖隧洞拱顶和底板变形量的分析结果表明高湿度环境是水敏感岩体隧洞产生底鼓的重要原因之一。湿度扩散引起隧洞顶部和底部围岩产生大量破坏,致使相应部位的位移量陡增。此外,单组节理对岩体的湿度扩散的方向起到明显的导向作用,而多组相互斜交的节理则在一定程度上削弱了湿度扩散的各向异性。     

壁后注浆技术在思山岭铁矿副井施工中的应用

鉴于思山岭铁矿副井穿过含水层,且施工过程中井壁淋水问题突出,为保证副井正常施工与安全,对淋水段进行壁后注浆。根据思山岭铁矿副井岩层赋存特征及淋水现状,确定采用深孔高压注浆。对注浆材料、注浆配置、注浆压力和注浆设备等进行了设计,并对注浆施工的注浆顺序、注浆过程及注浆结束标准进行了探讨。实践表明,采用壁后注浆能够有效地封堵地下含水层的涌水,还可以起到加固竖井井壁的作用。     

采动诱发顶板岩层失稳过程的数值模拟方法

岩体的非均质性和各向异性是导致其变形非线性的主要因素。文章充分考虑岩体力学参数的非均质性和各向异性，利用ＲＦＰＡ２Ｄ程序分析了开采影响下的岩体破裂失稳过程，并对其破裂机理进行了分析。     

CONFINING PRESSURE EFFECT ON ACOUSTIC EMISSIONS IN ROCK FAILURE

Based on the phenomenon that acoustic emissions (AE) generated by rock massincreas uddenly because of underground excavation, time sequence of AE rate in rock failurehas been discussed by using statistical damage theory. It has been demonstrated that how theinfluence of confining pressure on the deformation behavior and AE characteristics in rocks can beinferred from a simple mechanics model. The results show that loading confining pressure sharplybrings out increasing of AE. On the other hand, few AE emits when confining pressure is loadedsharply, and AE occurs again when axial pressure keeps on increasing. These results have beenwell simulated with computer and show close correspondence with directly measured curves“ inexperiments.     

矿山岩石力学发展的趋势及特点

矿山生产建设主要在地下岩体中进行。由于矿山生产的特殊性，矿山岩石力学也有许多不同于其他力学分支的特点。譬如，它的力学性能与金属材料的力学性能相比，存在明显的差异。这些差异构成了岩石力学有别于其它力学的特殊内容。人们研究金属材料力学性质的目的，主要是为了更好地利用金属材料来作承受荷载的构件，而不致发生结构的失稳和破坏。岩石则不然。它除了在工程结构中象金属材料一样能充当承载体（如隧道、矿井等地下工程），在采矿工程中，更多地则是将岩石（岩体）当作破碎工作的对象。如果说一般固体力学的背景是用材料建立起一…     

顺层岩质边坡变形破坏规律的分析

使用RFPA边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明，边坡的破坏主要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展，含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。     

岩石变形和破裂的损伤模型

利用损伤力学的基本观点,以岩石中缺陷呈泊松分布,分析了岩石应力—应变全过程曲线的形成所得到的方程式,可以较好地描述全过程曲线,所需参数也容易实际测出。     

基于扩展的Mathews稳定图法的采场稳定性评价及参数优化

为了分析大尺寸采场的稳定性并优化采场参数,对森鑫矿业三道桥铅锌矿试验采场进行了现场地质调查、地质编录、室内岩石力学试验等工作,得到了评价矿山岩体质量的多种基础指标。对试验采场矿岩进行了岩体质量分级,并估算了其岩体力学参数。根据取得的结果,利用扩展的Mathews稳定图法对试验采场在当前尺寸下的稳定性进行了分析,试验采场上盘的破坏概率较大,需要进行采场结构参数的优化。基于扩展的Mathews稳定图法对试验采场参数进行优化,利用理论法和数值模拟对优化的结果进行验证。验证的结果与利用扩展的Mathews稳定图法得出的结果一致,最终确定了试验采场需保留顶柱的安全厚度为7 m。     

滨海基岩矿床安全开采合理隔离层厚度的确定

针对滨海基岩矿床安全开采合理隔离层厚度留设问题,基于材料力学、结构力学等共七种理论计算方法综合确定隔离层厚度,利用点柱式上向水平分层充填法建立三维数值计算模型,通过结合FLAC3D数值模拟软件,分析理论计算结果的合理性,研究不同中段开采充填情况下第四系底部的稳定性特征,最终得出安全开采所需的隔离层厚度必须在12m以上,合理的开采上限必须在-57m以上。通过分析数值计算模型第四系底部的沉降变形,发现第四系底部最大沉降集中于中间采场 ,最大沉降量为13.73mm。研究成果为滨海基岩矿床安全开采,提高资源回采率提供了有益指导。