淮北矿区刘桥一矿含水层水化学特征研究

为了研究刘桥一矿含水层水化学特征,在分析矿区水文地质条件的基础上,对各个含水层投产前后水质动态变化进行详细研究,并将各含水层中的矿化度、总硬度以及阴阳离子所占的比例进行对比。结果表明,随着出水时间的增加,出水点水样中Na++K+和SO42-平均含量在逐渐减少,Mg2+有所增加,Ca2+和HCO3-变化不大;总硬度和总矿化度表现出不同程度的降低。最后,从突水点水样分析结果和附近的太灰、八含长观孔的水位变化情况,推测出太灰水和八含水联系紧密,也是6煤层底板的主要突水水源。     

水力层析法与克立金法估算非均质含水层渗透系数场比较

含水层非均质性空间分布特征的识别,是准确模拟地下水流和污染物运移的前提.基于室内非均质含水层砂箱实验,分别利用水力层析法和克立金插值法刻画了非均质含水层渗透系数场.研究结果表明:(1) 水力层析法与克立金法相比,不仅可以更好地刻画非均质含水层渗透系数场,还可以更高精度地预测地下水流过程;(2) 水力层析抽水实验中,通过增加抽水实验组数可以有效地提高水力层析参数反演的精度,但是抽水实验组数增加到一定程度以后,再增加抽水组数不会显著提升参数反演的效果.后续需要进一步研究水力层析抽水实验合适的组数,进一步对抽水井进行优化布设.      

固体矿产资源智能采矿关键技术研究

智能采选矿技术是当今矿山建设、矿产开采的重要方向,是国家能源开发的战略核心之一,也是未来深部固体矿产井下自动化无人开采的关键技术。本文针对传统采矿技术在矿山规划建设及环境保护、采矿技术操作及生产安全等方面存在的问题,以现有先进的地质找矿基础理论、三维可视化地质建模技术、随钻测量与定向钻井技术、水力采矿和气举反循环钻进技术等为基础,通过相关技术的集成创新,提出了一项基于GGD(Geology、Geophysics、Drilling)的固体矿产资源智能采矿技术全新理念,并阐述了其可行性和工业化应用的基本解决方案。上述技术的应用将会带来大型矿山机械设计制造业和采矿业产业结构的深度变革。     

基于流固耦合理论的页岩水力压裂数值分析

水力压裂是一个涉及多相材料相互作用的复杂问题。针对岩石固相提出岩石应力平衡有限元方程,建立液相流动方程和质量守恒微分方程,推导水力压裂岩石流固耦合系统有限元方程。阐述计算模型,对裂缝的发育和扩展过程进行分析,并与实际试验结果进行对比,证明了计算结果的合理性。分析弹性模量对裂缝的影响情况,计算结果表明,随着弹性模量的增加,裂缝高度越来越小。     

不同水力加载条件下非均质储层缝网扩展规律研究

水力压裂可显著提高页岩气等致密储层岩体的渗透性以增加油气产量,然而受多因素影响,水力压裂形成缝网结构的机理和压裂优化设计一直是研究的焦点和难点。本研究基于渗流-应力-破坏耦合计算模拟方法,对不同水力加载条件下的非均质储层水力压裂过程进行了模拟和对比研究。研究结果表明:水力压裂过程中起始注水压力和增量大小对水力压裂缝网扩展和改造区域形态有着显著的影响。当起始注水压力小于等于模型材料体抗拉强度,并缓慢增压致裂时,压裂过程可近似视为稳态应力-破坏-渗流耦合作用过程的不同阶段,这种情况下仅在压裂井孔周围形成两组对称式的伞状水力裂缝带。当对模型体施加高于模型材料体破裂压力的注水压力时,相当于对压裂孔快速施加高动水压力,水力裂缝沿压裂孔全方位迅速萌生并快速扩展,当注水压力值高于破裂压力一定幅值时,压裂改造可形成围绕压裂井全方位的放射状裂缝网络,使压裂储层得以最大范围改造。在拟静力和拟动力两种加载条件下,不同水岩相互作用机理是造成不同水力加载条件出现不同缝网结构的力学机制,而对于实际的页岩气储层改造,压裂产生围绕压裂井全方位放射状的缝网结构则是一种最优的体积压裂改造。     

高水力梯度条件下颗粒堆积型多孔介质渗流规律试验研究

煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度（最大600）条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流试验装置,采用堆积型钢球模拟破碎岩体,对粒径为1、2、3、4、5、6 mm共6种光滑钢球分别开展了一维均质圆柱渗流试验。试验结果表明：对于由1～6 mm钢球堆积而成的孔隙率为0.44～0.45的多孔介质,当水力梯度大于145时,通过分析水力梯度-平均流速（J-v）曲线和水力梯度-雷诺数（J-Re）关系曲线,将流动状态划分为3个模式：线性层流、非线性层流、紊流,并获得了从线性层流过渡到非线性层流的临界流速为0.23～0.78 cm/s、临界水力梯度为3～8;从层流到紊流转捩的临界流速为1.6～4.8 cm/s、临界水力梯度为90～145。从小粒径多孔介质到大粒径多孔介质的渗流过程中,临界流速越来越大,而临界水力梯度逐渐减小。 渗透率与粒径的平方、非达西流影响系数与粒径的倒数均呈线性正相关,非达西流影响系数随着渗透率的增加呈指数减小。该研究对多孔介质非线性渗流的理论研究以及实际工程中高承压含水层突涌水问题有重要借鉴意义。     

多级循环泵注水力压裂模拟实验研究

超深储层地层起裂压力较高,水力压裂受现场泵注设备的限制严重,文中重点研究了大尺度水力压裂物模实验水泥样品尺寸（762 mm×762 mm×914 mm）在循环和常规两种泵注条件下的起裂扩展和声发射规律。实验结果显示,（1）相对于普通泵注,采用循环泵注方式进行水力压裂可以有效降低起裂压力,类似于单轴和三轴循环加载岩石力学行为,都是由于循环加载引起疲劳损伤;（2）对于螺旋射孔完井方式,水力压裂裂缝只从最薄弱射孔处起裂,一旦起裂后其他射孔孔眼很难再开启,水力压裂现场应合理选择分段距离和簇间距,实现储层改造效率最优化;（3）循环泵注水力压裂存在Kaiser效应（当加载应力到前次加载最高应力值时出现的声发射信息）。因孔隙流体扩散到岩石并导致孔隙压力的局部上升,破坏模式仍然可以由摩尔圆表示。研究成果对循环泵注条件的裂缝扩展规律研究以及发展新型压裂改造技术具有重要意义。     

2021年冬季珠江三角洲河网浮游动植物的分布和咸潮入侵的影响

于2021年1月下旬,在珠江三角洲河网,开展了浮游植物和浮游动物实地调查,研究了浮游植物和浮游动物的分布特征,分析了咸潮入侵的影响。研究结果表明,珠江三角洲河网水体中分布着72种浮游植物和21种浮游动物,硅藻和蓝藻为浮游植物的主要类群,轮虫类为浮游动物的主要类群;由海洋向陆地方向,珠江三角洲河网水体的盐度在不断减小,水体中的营养盐含量在逐渐增大,从崖门水道到虎门水道,浮游植物群落和浮游动物群落的丰度、生物量都逐渐增大;咸潮入侵是浮游植物群落生物量、Shannon-Wiener多样性指数和物种丰富度的主要影响因素。     

门架式水力插板桩的整体抗倾覆稳定性计算

研究门架式水力插板桩的抗倾覆稳定性,以确定其入土深度和工程安全以及工程造价。通过对目前较常用双排桩的稳定性计算分析,提出了1种新的桩土整体抗倾覆稳定计算模型,即将双排桩和桩间土视为1个整体,考虑双排桩桩间土的剪切破坏面随双排桩入土深度的变化,给出了门架式水力插板桩抗倾覆稳定性计算方法。并通过1个实例计算,验证了本文计算方法的可行性和一些有意义的结论。     

浙东沿海城镇化对河网水系的影响

我国东南沿海地区,近年来由于城镇化的快速发展,河网水系结构遭到了较大破坏,导致了洪涝、干旱和水质恶化等一系列生态环境问题。为此以浙东沿海鄞东南平原区为例,以GIS技术作支撑,利用航空遥感图像作为信息源,采用河网水系分级量算统计和图形叠加对比等方法,通过城镇化过程中河网形态结构的变化,分析了鄞东南地区河网水系的变化情况,揭示了城镇化的发展与河网演化之间的联系,并定量预测了研究区在目前城镇化速度下的河网结构变化趋势;在此基础上探讨了遏制这种发展趋势的措施,即在城镇化过程中应多保留现有的河道水系,尤其是村镇级中小河道,重视河网结构与功能的恢复,才能改善河网水质和水生态环境。