多孔介质地下储氢研究进展与面临的挑战

“双碳”目标的提出与电解水制氢技术的突破,使得具有比能大、可储和可再生优势的氢能成为关注的热点,但氢气的大规模储存是目前面临的最大难点。在综述地下储氢研究现状的基础上,讨论了多孔介质储氢中氢气封存效率和上覆盖层密封性的影响因素,分析了氢气自身物理性质、储层岩石矿物成分、地下储存环境等因素对氢气-咸水-岩石地球化学相互作用及氢气对盖层密封性的影响。结果表明:在原位应力条件下,偏高的温度、压力与有机酸的存在均有利于储氢盖层的密封性;氢气-咸水-岩石地球化学反应复杂,其中与碳酸盐矿物反应较为剧烈,对岩石孔隙结构和储层环境的影响较大,选择富含石英等硅酸盐矿物的储层或无碳酸盐的砂岩可以减小反应程度;对于地下储氢,含水层中生物化学反应发生概率极大,且对氢气消耗量较高,生成的矿物沉淀可能降低注采效率。

覆水效应的地下相干函数与相变V形峡谷多点地震动模拟及其特征规律

引入覆水效应和相变特征地下相干函数模型并导出其显式表达式,探讨归纳了该模型相干性的变化规律,并从物理本质上予以解释。依据场地散射频域理论解,得到目标场地的传递函数,联立本文提出的地下相干函数,构造出半覆水相变V形峡谷场地的地下功率谱矩阵,生成地下多点地震动时程,通过功率谱和相干函数拟合,验证了模拟结果的可靠性与合理性,分别对比分析了本文提出的相干函数与覆水深度对地震动的影响。以一座连续刚构桥为例,重点分析了地下相干函数与峡谷覆水深度对结构内力的影响。结果表明:引入覆水效应后,多点地震动间相干性表现增强,覆水区地震动减小,其原因在于对应P波的部分能量被传递至水中;地震动和地震响应大小与覆水深度呈负相关,距覆水区越远,受到覆水深度的影响越小。

煤炭地下气化燃空区残留物中重金属在模拟围岩中的迁移规律研究

煤炭地下气化燃空区中重金属残留物在地下水的浸出作用下会溶解于地下水中,并在高温产生的围岩裂隙中进行迁移扩散,对周围的地下水造成潜在风险。本文研究了同一渗透压条件下,受不同热损伤的模拟煤层围岩多孔介质中重金属离子的种类及迁移富集情况,得到了以下主要结论:重金属离子渗透迁移的距离与多孔介质热损伤有关;受层析原理影响,不同重金属离子在多孔介质中的迁移能力有所差异,锌离子和砷离子的迁移扩散能力最强。

考虑半覆水圆弧相变场地特征的地下多点地震动模拟方法与程序开发

建立了同时引入土壤介质相变和半覆水圆弧地形因素的场地模型,并给出了地下多点地震动模拟的理论框架,开发了依据本文理论的程序并予以可靠性验证。首先,基于探明的波场分布得到了SV波入射半覆水圆弧相变场地的频域解;其次,获得依据频域解的场地传递函数并求解出地下自功率谱,建立了基于所得到的地下相干函数的地下互功率谱,由此构建出地下功率谱矩阵;最后,实现频域模型向时域信号转化(即多点地震动时程曲线),进而基于上述理论进行可视化程序开发。通过数值算例进一步阐明了本研究的意义,结果表明,(1)地下与地表多点地震动在能量分布上存在显著差异,说明了研究的必要性;(2)生成地震动的拟合功率谱和拟合相干函数与理论值吻合较好,表明了结果的合理性;(3)可视化程序界面简洁,参数输入及调整方便,后处理结果显示清晰,反映出程序的便捷及适用性。

强烈非均质裂隙介质优先流及其工程意义--以HN地下水封洞库为例

在地下洞库工程建设中,低渗岩体内发育的节理密集带、断层等空隙中通常形成优先流,从而对洞库涌水量与储品水封安全性造成严重影响,因此裂隙介质优先流的识别、工程风险评估以及防渗控制研究具有重要意义。以HN地下水封石油洞库为例,使用FEFLOW地下水模拟工具的非结构化剖分技术对优先流潜在通道进行了精细的几何刻画,建立了工程场区尺度的地下水水流模型,并对施工期中优先流防渗处置不同工况下洞库涌水量与储品水封安全性进行了模拟分析。结果表明:优先流是影响洞库围岩中地下水的流场形态以及洞库涌水量的重要因素,断层、节理密集带等不连续面是主洞室涌水主要的充水途径,优先流形成的涌水量占据主洞室总涌水量的60%以上。在地下工程施工期间做好优先流通道的防渗处理是必不可少的工作。

基于随机介质放矿理论的覆盖层结构优化研究

在分析了随机介质放矿理论的基础上,运用PFC数值模拟软件生成了构成覆盖层的随机介质,并结合杏山铁矿露天转地下开采的实际情况,计算了不同厚度及不同粒径构成覆盖层下矿山开采的主要技术经济指标,同时研究了不同粒径的颗粒在放矿过程中的位移和速度情况,提出了覆盖层的优化结构,对提高矿山的技术经济指标具有重要意义。

考虑土体固液二相性质的地下管线地震反应研究

本文将管线周围的土体视为固-液二相介质,采用考虑地震过程中土体内孔隙水压力的增长和消散的有效应力分析方法,并以非线性的土体本构模型模拟土体动力特性的改变以及在孔隙水压作用下的变形,以求接近土体的真实地震反应。研究表明随着土体软化程度的不同,受到土体约束的管线应力亦发生相应变化。文中详细研究了地震动峰值、管线直径、行波波速和入射角度等对管线应力的影响。

谈谈渗流

渗流是流体在多孔介质中的流动,渗流现象广泛地存在于自然界、工程材料、动物、植物中。多孔介质种类繁多,包括岩石(含各类矿藏)、土壤、生物材料和人工多孔介质材料等。渗流理论已经成为人类开发地下水、地热、石油、天然气、煤炭与煤层气等诸多地下资源的重要理论基础。本文从渗流的基本概念、渗流的分类、渗流的影响因素、渗流的特征以及渗流的研究意义等方面进行了阐述。

“多媒体计算机技术”课程研究型本科教学

研究型本科教学是对传统教学观的发展与创新。在研究型教学实践过程中,可采用基于问题和启发式学习的教学方法。这两种教学方法可以帮助教师培养学生的批判性和创造性思维能力,同时还可以培养学生在实际操作中提出问题、分析问题、解决问题和评价问题的能力。本文结合"多媒体计算机技术"课程教学实践活动,将研究型教学方法应用在本科教学中,对研究型本科教学的内容选择、时间安排进行探索。在内容选择上,以数字水印技术为切入点引入基于启发式的教学方法;在教学手段上以课堂讨论、教师点评的方式进行辅助教学。

地埋式循环滤料曝气生物滤池处理博物馆污水

采用以循环滤料曝气生物滤池(BAF)为主体的地埋式一体化设备处理博物馆污水。运行结果表明,设计水量为80m3/d,进水COD、SS、NH3-N平均浓度分别为320、200、40mg/L时,处理后出水相应指标分别降至45、30、8mg/L,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的一级标准。

脉冲探地雷达的模拟计算

本文在给出Debye型色散媒质中2．5维时域有限差分法（2．5D－FDTD法）迭代公式的基础上，对无载频脉冲波在不同色散媒质中的传播特性进行了计算，分析了脉冲产生畸变的原因，并提出对部分畸变脉冲进行整形的方法。分别对地下单体目标和群体目标的雷达回波电平图进行了模拟计算，并与实际无载频脉冲探地雷达的探测结果进行比较，二者有较好的一致性，证实了本文所给计算公式的正确性。另外，还分析了土壤参数对雷达探测深度和分辨率的影响。

当代中国地下传播立法问题探析

当前中国地下传播立法存在法律体系不完备、法律执行不到位的问题。为了加强对地下传播活动的引导与治理,相关机构要坚持立足国情、借鉴经验的原则,采取基于宪法、健全法制、适时修订的策略,针对地下传播活动加强立法。

地下工程水环境介质对丙烯酸盐聚合物离子交联结构的损伤

采用溶胀方法研究了地下工程喷膜防水的主要材料(丙烯酸盐聚合物)在地下水环境中的服役行为。通过对聚合物交联密度测试,考察了水以及不同浓度的氯化钠、硫酸钠、氢氧化钠等溶液中浸泡过程中溶胀度以及离子交联结构的损伤状况。试验结果表明,在5%NaCl、1%Na2SO4以上以及pH为13.5、14水环境介质中,丙烯酸盐聚合物的交联点间平均分子量Mc有较大幅度上升,扫描电镜已证实聚合物断面有明显被侵蚀的迹象。研究结果为地下工程喷膜防水材料应用范围提供了技术支持。

基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构地震反应的计算研究。结果表明:在地震输入的最后时刻结构的两侧底角区域应力值最大;土体的孔隙压力和竖向位移主要集中在结构下方的区域,结构两侧土体的孔压与竖向位移呈对称分布;场地土体的竖向位移随深度的增加逐渐减小;体系最大地震反应出现的时刻对应于输入地震动的最大加速度出现的时刻。表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体-地下结构体系地震反应研究中的有效性。

地下采矿计算机辅助教学系统的探讨

从计算机辅助教学（ＣＡＩ）的国内外现状入手，论述了地下采矿计算机辅助教学的意义，提出了多媒体计算机辅助教学系统的硬件配置方案及地采ＣＡＩ的课件的设计方法，具有较高的理论和实用价值。

CO_2用作低渗透裂缝性气藏储气库垫层气的扩容分析

低渗透碳酸盐岩气藏在开发后期为了提高气井产量,经常采用加压开采和水力压裂等技术,导致储层被水侵且含有大量微裂缝。因此,当CO_2用作低渗透裂缝性气藏储气库垫层气时,如何快速有效地注气驱水扩容和制定气水边界稳定运移的控制策略就成为低渗透气藏改建地下储气库扩容的关键问题之一。为此,建立了双重孔隙介质储层中注CO_2驱水的气水两相渗流的数学模型,以国内某裂缝性气藏改建的地下储气库为研究对象,主要分析了边缘气井注CO_2驱水扩容的气水界面的运移规律,并讨论了CO_2溶解、井底流压、注气流量、微裂缝参数等因素对储气库扩容时气水界面稳定性的影响。结果表明:(1)储气库采用"多注少采"的方式扩容时,扩容速度在第5周期达到最大值,随后逐渐降低;(2)CO_2在水中溶解度随储层压力而变化的特性有利于储气库扩容时气水边界的稳定;(3)定井底流压和定流量扩容时,适当地增大井底流压和中心区域气井的注气流量能有效提高储气库的扩容速度;(4)在高渗透率区域和裂缝—基质渗透率比值较大的储层区域,应适当地降低注气流量,防止因渗流过快造成气水界面的指进现象,同时应通过观察井严密监控气水界面的运移,以防止气体从边水突破逃逸或高渗透带见水或水淹。该研究成果为我国应用CO_2作为低渗透裂缝性气藏储气库垫层气的驱水扩容提供了技术和理论支持。

放射性惰性气体^(37)Ar向地表输运的数值模拟

放射性惰性气体37Ar的监测是全面禁止核试验条约核查体系中现场视察(OSI)的一项重要技术手段。为在理论上考察地下核爆炸后37Ar泄漏到地表的时间及泄漏量,将核试验场区抽象为多孔介质,在不考虑37Ar在基岩中吸附、解吸的情况下,利用多孔介质渗流模型,对理想场区地下核爆炸产生的37Ar在地层中的输运进行数值模拟,给出了37Ar泄漏到地表时间及变化量。计算结果可为OSI惰性气体监测技术的发展及其在地下核爆炸监测中应用的有效性评价提供参考。

煤矿井下无线多媒体传感器网络区分服务的QoS-MAC协议

归纳了煤矿井下传感数据业务、语音业务和视频业务的发送频次、带宽、时延和方向等特点以及对网络服务质量保障的要求,提出了一种煤矿井下无线多媒体传感器网络区分服务的Qo SMAC协议。通过为传感数据业务、语音业务和视频业务设计不同的竞争窗口,实现了3种业务的区分服务,可保障3种业务不同的服务质量需求。建立了3种业务退避级数和退避时间计数器的Markov链模型,分析了区分服务的Qo S-MAC协议的饱和吞吐量和MAC层接入时延方面的性能。仿真实验结果表明,在低负载状态下和高负载状态下,所提出的煤矿井下区分服务的Qo S-MAC协议可以通过减小视频业务的吞吐量来增加传感数据业务和语音业务的吞吐量,通过增大视频业务的时延来减小传感数据业务和语音业务的时延。

不同埋深地下洞室壁面传湿计算

基于热力学质传递理论,考虑湿度和压力梯度变化(暂不计入温度影响),通过分析地下洞室壁面多孔介质的质传递过程,获得了洞室壁体和洞室的湿空气分压力的对应关系,提出地下洞室质传递和洞室埋深的关系方程,分析传质系数随洞室埋深变化的规律。该研究方法可为深入分析地下洞室壁面传质问题,改善地下建筑湿环境提供参考。

综合管廊在地下空间集中开发地区的规划建设研究——以上海市徐汇区西岸传媒港地区为例

因地制宜地规划建设综合管廊不仅可以提升城市地下空间的利用率,也可以有效解决地下空间集中开发地区管线敷设空间受限的问题,已成为城市转型发展、实现精细化管理的一项重要措施。上海市徐汇区西岸传媒港地区综合管廊规划以地区发展目标和功能定位为导向,采用创新的结建式整体分舱布置型式,满足地下空间对商业、市政和交通等功能的集约需求,达到在地下空间和设施利用方面的高度共享,促进地下空间集中开发地区的功能集聚、设施统筹和品质提升。