铀矿爆破增渗改造的爆生气体返排规律研究

为了分析爆破后裂隙内气体的返排规律,基于气液两相流规律,借助相场方法对两相流界面进行追踪,模拟了驱替压差、裂隙开度和接触角等对裂隙内气体返排过程中水气界面形态和位置的时空演化规律;通过响应面法,分析了各影响因素的显著性,最终建立了气体返排效果评价流程。研究表明,单因素分析裂隙内气体返排效率同驱替压差、裂隙开度成正比。通过多因素分析,以气体排出速率作为评价指标,建立了CO_(2)气体返排效果评价流程。该研究内容对低渗砂岩型铀矿的爆破增渗后气体返排工艺具有一定的理论参考和现场指导意义。

无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究及相似条件的实现

依据所分析的无临空面深层岩体爆破增渗的特点,在模型试验相似理论基础上进行无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究。结合内蒙某低渗透砂岩型铀矿工程地质及水文地质实际情况,根据所推导的模型试验相似准则,通过理论分析及试验研究,实现了模型试验的几何条件、边界条件、爆炸荷载及材料的相似,为实施爆破增渗模型试验打下基础。

爆破作用对低渗砂岩铀矿增渗效果的影响

为探明不同因素对地浸效果的影响规律与机理,建立地浸采铀渗流模型,并用响应面法探究各因素对地浸效果影响的显著性。在此模型中,将具备高效流速的溶浸范围定为有效溶浸范围,通过有效溶浸范围和流量分析爆破范围、注采井压差和井距对地浸效果的影响。研究表明:利用爆破改善矿层渗透性可高效提升地浸效果;在较小爆破范围下增大抽注液井压差,地浸效果提升缓慢,在较大爆破范围中,提升效果较显著;随着井距的增大,有效溶浸范围呈先增后降趋势,流量则是呈逐渐降低趋势;抽注井压差对地浸具有良好的提升效果,流量随压差增大近似呈线性增长,有效溶浸范围根据不同井距具备不同的增长趋势。三种因素对流量的影响较为显著,爆破范围和井距比压差对地浸范围影响更显著,爆破范围和井距的相互作用相比于其他两种对流量的影响更为显著。

低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗模型试验及增渗机制研究

为满足我国核电快速发展对铀资源的大量需求,解决制约低渗透砂岩型铀矿床原地浸出顺利实施的瓶颈,基于笔者提出的低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗方法,开展低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗初步模型试验和优化模型试验及模型渗透性试验,试验结果表明：爆破后模型渗透率提高2~3个数量级;增渗范围大约为70倍的药包半径;合理的不耦合系数范围为1.5~3.0。此外,根据试验结果,从岩石动态破裂、微差爆破、不耦合装药爆破以及空间补偿和爆生气体驱动作用等方面探讨低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗机制,分析爆破增渗的关键影响因素,为完善低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗理论、技术方案以及现场中试试验和规模应用打下基础。

爆破作用下低渗砂岩铀储层的岩石损伤范围研究

爆破增渗方法可有效提升地浸采铀效率,而爆破范围是影响增渗效果的关键参数。为了研究低渗砂岩铀矿中爆破损伤范围分布特征和裂纹扩展规律,基于LS-DYNA软件,采用RHT材料模型,分析了不耦合系数K和地应力对砂岩爆破损伤区范围和裂纹扩展的影响规律。结果表明:随着不耦合系数K的增大、岩石的粉碎区半径逐渐减小,缩减至同炮孔半径近似;裂隙区裂纹呈现先增大、后稳定的分布规律,在K=1.75时取得了较好的爆破效果。随着地应力的增大,岩石的粉碎区形状和范围基本不发生变化,而裂隙区范围整体呈现先缩小后稳定的分布规律。研究对低渗砂岩铀矿爆破增渗中爆破范围的确定具有理论指导意义。

裂隙粗砂岩渗透率的应力与时间效应研究

为了探究爆破增渗对储层改造后裂隙岩体渗透率随应力与时间的演化规律,通过室内试验,研究了应力和时间作用下单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩渗透率演化规律。主要结果如下:在应力和时间影响下,多裂隙粗砂岩的渗透率始终高于单裂隙粗砂岩,但在应力影响下其应力敏感性系数低于单裂隙粗砂岩,并且同一种类型的裂隙粗砂岩渗透率应力敏感性系数存在孔压>围压>轴压这一关系。单裂隙粗砂岩的渗透率随轴压和围压增加而降低,随孔压增加而升高。其渗透率应力敏感性系数随轴压和孔压的增加而增大,随围压的增加而降低;多裂隙粗砂岩的渗透率随轴压和围压增加而降低,随孔压增加先降低后增加。其渗透率应力敏感性系数随轴压的增加而降低,随孔压的增大而增大,随围压的增加先增加后降低。在渗流-时间试验中,单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩的渗透率随时间演化主要呈3个阶段,第1阶段渗透率快速降低,第2阶段缓慢降低,第3阶段趋于稳定。在开始的24 h内,单裂隙粗砂岩的渗透率降低幅度大于多裂隙粗砂岩。之后随着时间的变化,单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩的渗透率逐渐稳定。

液态CO_(2)相变致裂器泄能头气孔压力研究

采用CO_(2)相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO_(2)致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此,对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力,为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础,基于计算流体动力学(CFD)对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验,分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征,探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明:为保持气孔压力的稳定输出,对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置;同时,泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式,可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明:非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。

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。