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基于流固耦合作用的砂岩地浸采铀效果数值模拟分析
1
作者 郑永香 张傲 +6 位作者 王伟 卫海洋 牛庆合 尹超 杨浩天 雷云 贾男 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2024年第7期97-108,共12页
为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。... 为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。研究表明:考虑流固耦合作用下的储层产量会更快进入稳定状态,产量更高;应力敏感性系数越大,有效应力减小对地层渗透率影响越明显。注入压力越大,地层有效应力减小区域下降幅度增大,地层渗透率增大区域升高幅度增大,产量逐渐增多;流固耦合作用下,产量随着初始渗透率增大而增多且增长速度较快;流固耦合作用下,随着井间距的增大,注采井间有效应力减小的影响减弱,注采井间渗透率增大趋势也在下降,产量逐渐降低。结合各因素变异系数变化可得,注入压力对产量效果影响更明显。本研究有助于建立完整的砂岩铀矿地浸采铀生产方案。 展开更多
关键词 流固耦合 有效应力 渗透率 产量规律 地浸采铀
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动静组合加载下砂岩破坏机制及裂纹密度试验研究 被引量：18
2
作者 王伟 梁渲钰 +3 位作者 张明涛 贾泽钰 张思怡 王奇智 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2647-2658,共12页
为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损... 为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损伤后试样内部的三维重构图及裂纹密度,研究了砂岩在不同受力情况下的破坏形式和破坏机制,并对轴压、围压及应变率对砂岩裂纹密度的影响规律进行了探究。试验结果表明:常规动态冲击作用下,砂岩的动态破坏形式为典型的拉伸劈裂破坏;一维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式为典型的压剪破坏,内部呈现出共轭双曲线形的压剪面;三维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式同样表现为压剪破坏,但内部破坏面为圆台(锥)形,并对不同加载条件下砂岩的动态破坏机制进行了分析。在不同加载状态下砂岩的裂纹密度随应变率的增加均呈递增趋势,轴压、围压的施加限制了裂纹的产生和增长速率,围压相对于轴压对裂纹产生和扩展的限制程度更大,并从砂岩的抗压强度和裂纹产生的补偿空间角度对其进行了解释;利用轴压、围压模拟地应力,分析了地下0、200、400、600 m处应变率对砂岩裂纹密度的影响规律,并对其进行了定量分析,若要产生同样效果的裂纹密度,地下600 m处的砂岩所需应变率大约是无地应力状态下的3.4倍。从裂纹密度角度构建了不同加载状态下损伤变量和应变率之间的量化关系式,该研究结果可为无临空面爆破开采过程中不同爆炸应力波与岩石内部裂纹开展程度的量化问题提供了参考。 展开更多
关键词 砂岩 动静组合加载 CT扫描 破坏机制 应变率 裂纹密度
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液态CO_(2)相变致裂器泄能头气孔压力研究 被引量：5
3
作者 王伟 李亚东 +4 位作者 郑永香 尹超 李朝博 路小茜 周星宇 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第7期50-57,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 CO_(2)相变爆破 爆破增渗 CFD 泄能头 RNG k-ε湍流模型 数值模拟
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富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究 被引量：19
4
作者 樊浩博 周定坤 +5 位作者 刘勇 宋玉香 朱正国 朱永全 高新强 郭佳奇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1884-1898,共15页
对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应... 对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应模型试验,对不同溶腔位置及不同水头高度影响下的衬砌结构内力特征进行了研究。基于此,建立扩展工况的数值计算模型,进一步探究了不同溶腔直径、溶腔位置及溶腔水头高度对衬砌结构内力的影响。结果表明:当隧道周围存在管道型溶腔时,与溶腔接触位置的衬砌内侧承受较大的正弯矩,为衬砌结构的最不利受力位置;随着溶腔直径和溶腔内水头高度的增加,衬砌内力显著增大;溶腔所在位置影响着衬砌内力的分布,当溶腔位于隧道拱顶时,衬砌结构的抗水压能力最小。研究结果可为管道型岩溶隧道的结构设计及安全施工提供借鉴。 展开更多
关键词 岩溶隧道 管道型溶腔 模型试验 数值模拟 衬砌内力
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养护压力对膏体充填体强度影响规律及机理分析 被引量：14
5
作者 陈顺满 王伟 +1 位作者 吴爱祥 王贻明 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3740-3749,共10页
为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律。采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值... 为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律。采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值化处理,应用分形理论从定量角度对其机理进行分析。结果表明:随着养护压力的增加,膏体充填体的强度呈一元二次函数增长,但增长的速率逐渐减小,且膏体充填体的强度随养护时间的延长逐渐增加;膏体充填体的计盒维数随养护压力的增大而增大。养护压力对膏体充填体强度的影响机理在于:由于养护压力的增加,使孔隙水压力消散,水化反应加快,孔隙被水化产物所填充,使膏体充填体内部孔隙减小,形成新的膏体充填体承载骨架,进而使膏体充填体强度增加。 展开更多
关键词 膏体充填体 养护压力 强度 微观结构 分形维数
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寒区隧道温度场模型试验及空气幕保温措施 被引量：17
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作者 王仁远 朱永全 +3 位作者 高焱 朱正国 方智淳 王志伟 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期70-82,共13页
依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原... 依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原理推导控制方程,提出1种新型的空气幕保温措施;以京张高铁正盘台隧道为算例,利用有限元软件模拟验证控制方程的准确性,优化空气幕的喷射角度,论证空气幕防寒保温措施的效果。结果表明:外界温度每降低5℃,隧道负温区长度约增加77 m;围岩温度每增加5℃,负温区长度约减少131 m;浅埋隧道应全段设防,深埋隧道洞口段必须设防;寒区隧道中列车运行间隔时间小于15 min时,应增加设防长度;采用空气幕保温措施时,空气幕最优喷射角度为30°~40°;在自然风速2 m·s^(-1)、外界温度-10℃、围岩温度5℃、计算时长30 d的条件下,洞口安装1台空气幕可使洞壁温度达到0.53℃,比未安装空气幕时温度提高9.03℃,基本消除隧道内的冻害现象。 展开更多
关键词 寒区隧道 防寒保温措施 空气幕 温度场 模型试验 高速铁路
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铀矿爆破增渗改造的爆生气体返排规律研究 被引量：1
7
作者 路小茜 王伟 +3 位作者 郑永香 尹超 李亚东 周星宇 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2023年第2期61-72,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 爆破增渗 气体返排 两相流 界面追踪 低渗砂岩型铀矿 地浸开采
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表面活性剂水溶液抑制煤体瓦斯解吸作用的研究进展 被引量：10
8
作者 张雪洁 陈明义 +3 位作者 张同浩 宋志雷 张磊 田富超 《矿业科学学报》 CSCD 2022年第6期738-751,共14页
随着煤矿开采逐步向深部延伸,煤层瓦斯压力与含量趋于增大,瓦斯浓度超限问题日趋严重,而添加表面活性剂水溶液是降低煤体瓦斯涌出的重要技术手段。本文采用文献调查法分析了表面活性剂水溶液在煤矿瓦斯灾害防治中的应用情况,研究结果表... 随着煤矿开采逐步向深部延伸,煤层瓦斯压力与含量趋于增大,瓦斯浓度超限问题日趋严重,而添加表面活性剂水溶液是降低煤体瓦斯涌出的重要技术手段。本文采用文献调查法分析了表面活性剂水溶液在煤矿瓦斯灾害防治中的应用情况,研究结果表明:(1)基于安全性、温和性考虑,表面活性剂优选顺序依次为两性和生物型、非离子、阴离子、阳离子,同时大部分非离子和两性表面活性剂具有良好的复配功能;(2)在试验浓度范围内,除生物型表面活性剂外,其他类型表面活性剂水溶液均出现明显的表面张力及接触角变化的浓度拐点,对应的临界胶束浓度为0.1%,获得表面活性剂水溶液润湿性效果排序为阴离子、非离子、两性、阳离子、生物型;(3)添加表面活性剂水溶液能够显著抑制煤岩瓦斯解吸扩散能力,这与水溶液的润湿铺展增强作用及封堵作用有关。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 瓦斯解吸 水锁效应 表面活性剂 润湿性
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