高温三轴应力下新疆吉木萨尔油页岩热变形特征研究

为了研究油页岩原位注热流体化开采过程中注热井、生产井及热解产物运移通道的稳定性,利用高温三轴岩石力学试验系统,研究了新疆吉木萨尔油页岩在500m地应力条件下,轴向变形随温度的变化规律,结果表明:室温至600℃,油页岩整体表现为膨胀变形,且可分为室温-300℃低温膨胀阶段和300～600℃高温膨胀阶段,高温阶段的线性热膨胀系数大于低温阶段的线性热膨胀系数;有机质热解对含有机质较少的油页岩的热变形影响较小,而对富含有机质的煤有显著的影响;在注热开采油页岩油气过程中,油页岩层及其顶板岩层因受热膨胀,可能导致地表出现轻微抬升,这与传统采矿中出现地表塌陷不同。

冲击破煤机理的初步探讨

介绍了一种全新的破煤方式——冲击式破煤及其工程背景，分析了回采工作面煤壁的物理及力学特性，进而提出了冲击式破煤的物理模型，并对冲击破煤机理进行了初步的探讨。

高分子材料应力控制下的低周疲劳损伤模型

采用连续损伤力学方法,在著名的王-楼模型的基础上,充分考虑了高分子材料的循环软化特性,得到了高分子材料三轴应力场中的低周疲劳损伤模型.由该模型可知:应力控制的低周疲劳中,循环软化现象表现为平均应变随循环数增加而增加,材料的损伤包括循环塑性损伤和由随循环数增加的平均应变引起的蠕变损伤,同时得到了三轴应力场中的疲劳失效准则和损伤演化方程.

小波分析方法在混凝土检测中的应用

能量是信号分析的一个重要物理量,它随时间和频率的分布反映了信号的特征。利用建立在小波变换基础上的时间 能密度分析方法分析信号在不同频带内的能量随时间的分布情况,从而提取信号特征。除掉输入信号的影响,便可得到声波在混凝土内部传播过程中各频谱上的能量变化情况,再利用模式识别方法可检测出混凝土内部缺陷。

长期气体作用下焦煤微观孔隙特性研究

通过研究煤在长时气体氛围作用下,山西焦煤孔隙结构的演化规律,定性描述了三轴应力及气体吸附后焦煤的孔隙演化特征,为煤层气的开采以及煤矿瓦斯安全从微观方面给出理论依据;焦煤的孔隙结构特征采用高压压汞实验结合扫描电镜SEM的方法,实验测得吸附性气体N2长期作用后山西焦煤试样对比原焦煤试样:孔比表面积提高了27.8%,孔容降低了10.6%;非吸附性气体He长期作用后山西焦煤试样对比原焦煤试样:孔比表面积降低了21.9%,孔容提高了76.6%。结果表明:吸附性气体主要对焦煤孔隙结构中微孔、小孔产生影响;非吸附性气体主要对焦煤孔隙结构中中孔、大孔、可见孔产生影响;吸附性气体的吸附作用在一定程度会降低气体孔隙压对孔隙的扩张作用。

不同结构形式的后期热液充填裂隙花岗岩常温下物理力学性质研究

在干热岩开采的实际工程中,利用岩体结构面作为热交换通道将减小工程投入,并获得更好的工程效果。而在实际中花岗岩体中的结构面通常被热液充填,形成后期热液充填花岗岩体。研究后期热液填充裂隙花岗岩体的物理力学性质对实际地热开发中建设人工储留层具有重要指导意义。利用后期热液填充裂隙花岗岩体制备不同结构形式试样,在常温下对4种结构形式(上下结构、左右结构、母岩、充填体)的花岗岩试样进行纵波波速检测试验、抗压强度试验和对5种结构形式(边界充填体、母岩、充填体、左右结构、边界母岩)的花岗岩试样进行抗拉强度试验、渗透率测定试验。试验结果表明:(1)常温下4种结构形式的试样中,纵波传播速度vP大小关系为:上下结构、左右结构>母岩>充填体。在10 MPa围压下,4种花岗岩岩样峰值强度?c均值大小关系为:上下结构>左右结构>充填体>母岩,在相同围压下,5种花岗岩岩样渗透率k的大小关系为:充填体>母岩>边界充填体>左右结构花岗岩>边界母岩。在热液充填后,胶结面处花岗岩的孔隙度、渗透率减小,纵波波速、抗压强度增大;(2)在热液充填过程中,胶结面处母岩矿物颗粒发生熔蚀,且热液进入母岩孔隙裂隙,热液冷却结晶后对胶结面处的"黏合"和"愈合"作用是胶结面处花岗岩物理力学性质发生改变的原因。(3)常温下5种花岗岩岩样抗拉强度?t均值大小关系为:母岩>边界母岩>左右结构>边界充填体>充填体,后期热液充填裂隙花岗岩体中,充填体成为岩体的抗拉薄弱处,因此在"断层模式"的地热开发中,可对充填体处进行人工压裂建造人工储留层,大大节省其建造成本。

不同加载方式及速率下石灰岩三轴力学特性研究

利用自主研制的伺服三轴岩石力学试验机,在常温状态下,对石灰岩试样分别进行不同位移速率加载和不同应力速率加载条件下的三轴压缩试验。结果表明:在不同加载方式和加载速率条件下进行石灰岩的三轴压缩试验,石灰岩都经历了线弹性阶段,塑性强化段,破坏段等阶段;石灰岩试样的弹性模量随加载速率的增加而增大,应力加载速率对弹性模量的影响更为明显;不同应力加载速率及位移加载速率下,石灰岩的屈服应力及应变并未有明显的改变,峰值应力有小幅度增加,而应力速率加载对石灰岩的峰值应力的影响更显著。

不同围压下花岗岩渗透率及其渗透敏感性规律研究

干热岩体渗透性对地热资源开发有着很大的影响。为进一步认识地热能开发中储层的渗流特性,采用脉冲法岩石三轴渗流仪,以花岗岩为研究对象,探究花岗岩在不同围压下渗透率和渗透敏感性的变化规律。结果表明:在加载和卸载围压过程中,花岗岩渗透率随围压的变化曲线都符合幂函数变化规律,同一围压下花岗岩加载过程的渗透率始终大于卸载过程的渗透率;花岗岩渗透率曲线在围压30 MPa时存在拐点,以围压30MPa为界渗透率曲线分为阶段A和阶段B。在A阶段,随着围压变大渗透率降幅较大、降速较快;在B阶段,随着围压变大渗透率降幅变小、降速明显变慢;定义渗透率敏感系数C_k反映岩石渗透率随围压的变化趋势,按照敏感系数值可将花岗岩渗透率敏感性分为高敏感、中敏感、低敏感3个阶段。

地应力及氮气长期作用下焦煤渗透特性的演化

松软低渗透高瓦斯煤层瓦斯抽采是矿井瓦斯抽采的难点,该类煤层极低的渗透性是地应力和高瓦斯压力长期共同作用的结果。为研究地应力和气体压力长期作用对煤层渗透性的影响,采用岩石三轴渗流仪研究了山西典型焦煤在三轴应力及氮气孔隙压力长期作用下的渗流特性。结果表明:在400m埋深地层应力(轴压、围压均为10MPa)和氮气孔隙压力(6 MPa)长期作用下,焦煤原始渗透率为10-17~10-21 m2,低于10-14~10-16 m2,为低渗煤层;但初始渗透存在一临界值:约为2.0×10-19 m2。初始渗透率高于2.0×10-19 m2,焦煤渗透率先增加后降低,而后趋于平稳,平稳后的渗透率低于初始渗透率;初始渗透率低于2.0×10-19 m2焦煤渗透率呈抛物线式减少,后趋于平稳;试验后试样明显破碎,可见宏观裂缝且数量明显增多。

多级围压下砂岩单裂隙渗流传热试验研究

为研究不同围压下砂岩平直单裂隙的渗流传热特性,采用自主研制的高温三轴渗流-换热试验系统,以蒸馏水为换热介质,进行不同围压和不同温度下的对流换热试验。试验设置4,4.5,5,5.5,6MPa 5个围压水平,对低温区(T=50℃、70℃、100℃)的对流换热规律进行了分析,还创新性地开展了高温区(T=130℃)的对流传热试验。结果表明:(1)在相同温度、围压下,提高流速,渗透压力增大,导致裂隙开度随流速的增加而变大;在相同流速、围压下,温度升高使岩样骨架膨胀,弹性模量变小,岩样裂隙闭合程度加大,裂隙开度随温度的升高而变小;在相同温度、流速下,加大围压,裂缝紧密贴合,渗流通道进一步减小,开度也随之减小;(2)换热系数与流速、温度呈正相关,与开度呈负相关,高温下换热系数相对于低温时对流速、开度的变化更加敏感,高流速下换热系数相对于低流速时对温度、开度的变化更加敏感;(3)通过对比流速、温度、开度3个因素对换热系数的影响,发现流速、温度对换热系数的影响比开度的影响强。研究结果对断层模式地热开发中提高干热岩换热效率有重要指导意义。