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针对传统采矿方法下钙芒硝矿开采效率低、污染大等缺点,课题组提出原位改性固体矿物流体化开采方法,拟将其置于压力溶浸环境下进行溶解、弱化达到改性目的来提高溶浸效率。需了解其在压力溶浸条件下的溶解、弱化特点,因此对钙芒硝盐岩在压力水环境下的溶解特性、溶浸作用后内部细观变化特征以及溶浸后力学特性变化规律进行研究。采用室内模拟的试验方法,通过自行研制的压力溶浸装置进行了压力溶浸钙芒硝盐岩基础研究,使用显微CT扫描系统并结合MAT LAB分析软件对压力溶浸后盐岩损伤及内部细观演化规律进行分析,初步揭示了溶浸作用后盐岩强度弱化与溶浸压力及溶浸时间之间的关系,最终结合数值模拟对压力溶浸状态下盐岩溶蚀状况进行模拟研究,为之后实现固体矿物流体化开采工艺的设计与控制提供有力依据。通过研究主要得出以下结论:
(1)压力溶浸主要在溶浸初期对盐岩溶解速率有一定提升,0.2MPa压力水环境下初始溶解速率为自然水环境下的1.55倍,随着溶浸时间的增加溶解速率间差异逐渐减小,溶浸6d后溶解速率间差异由初始35.83%降低为33.04%,且发现压力溶浸作用下泥岩胶结处溶解尤为活跃。
(2)相同溶浸时间下压力溶浸作用后盐岩损伤程度大于自然溶浸后盐岩损伤,自然水、0.2MPa、0.4MPa压力水溶浸48h后溶蚀密度损伤增量均值分别为-7.35×10-7、-16.4×10-7、-34.3×10-7,孔隙率由初始0.75%分别增长为1.78%、4.75%、6.92%,溶浸压力的增大对盐岩内部损伤增大的同时促进盐岩内部孔隙结构发育。
(3)压力溶浸作用加快盐岩强度降低速度,且发现对强度影响主要集中在溶浸初期,自然水环境下的弱化系数为0.91,0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa压力水环境下溶浸24h后强度弱化系数分别为0.77、0.67、0.55,表明在一定压力范围内强度弱化系数随着压力的增大而减小。
(4)通过COMSOL Multiphys ics软件数值模拟分析得出溶蚀域随着溶浸压力的增大而增大,1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa压力溶浸相同时间后溶蚀面积分别为8.68m2、11.02m2、13.58m2,但并非随着溶浸压力的增大呈线性增长,增大的速率随着溶浸压力的增大有所降低。
(1)压力溶浸主要在溶浸初期对盐岩溶解速率有一定提升,0.2MPa压力水环境下初始溶解速率为自然水环境下的1.55倍,随着溶浸时间的增加溶解速率间差异逐渐减小,溶浸6d后溶解速率间差异由初始35.83%降低为33.04%,且发现压力溶浸作用下泥岩胶结处溶解尤为活跃。
(2)相同溶浸时间下压力溶浸作用后盐岩损伤程度大于自然溶浸后盐岩损伤,自然水、0.2MPa、0.4MPa压力水溶浸48h后溶蚀密度损伤增量均值分别为-7.35×10-7、-16.4×10-7、-34.3×10-7,孔隙率由初始0.75%分别增长为1.78%、4.75%、6.92%,溶浸压力的增大对盐岩内部损伤增大的同时促进盐岩内部孔隙结构发育。
(3)压力溶浸作用加快盐岩强度降低速度,且发现对强度影响主要集中在溶浸初期,自然水环境下的弱化系数为0.91,0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa压力水环境下溶浸24h后强度弱化系数分别为0.77、0.67、0.55,表明在一定压力范围内强度弱化系数随着压力的增大而减小。
(4)通过COMSOL Multiphys ics软件数值模拟分析得出溶蚀域随着溶浸压力的增大而增大,1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa压力溶浸相同时间后溶蚀面积分别为8.68m2、11.02m2、13.58m2,但并非随着溶浸压力的增大呈线性增长,增大的速率随着溶浸压力的增大有所降低。