液氮冷却作用下高温花岗岩损伤实验

液氮作用于高温岩石能够损伤致裂岩石,因此可用于提高干热岩地层的钻井和压裂效率。为研究液氮快速冷却高温岩石对其物理和力学性质的影响规律,分别采用液氮冷却和自然冷却对不同温度(25～600℃)的干燥花岗岩岩样进行处理,通过对比两种处理方式下岩样的声波速度、渗透率、抗拉及单轴抗压强度的差异,得到液氮冷却对高温花岗岩的损伤特性。结果表明:液氮冷却可有效损伤高温花岗岩;对于实验中150～600℃的花岗岩,经液氮冷却产生的损伤能使其波速降低4.13%～10.04%,渗透率提高0.21～182.80倍,抗拉强度降低4.95%～34.54%,抗压强度降低13.95%～29.30%,弹性模量降低7.33%～45.74%;冷却前岩石温度越高,冷却过程中产生的热应力越大,冷却损伤程度越大。     

制备岩石试样的高温预损伤方法及应用

通过高温加热预损伤试验,分析花岗岩密度、纵波波速、单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量随温度的变化规律,提出岩石加热损伤效应评价方法,并将高温损伤后的岩样应用到滚石碰撞试验中,以检验该方法的可行性。研究结果表明:随着加热温度升高,花岗岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、纵波波速逐渐降低,当温度低于400℃时,变化幅度较小;在400~600℃时,试样的强度和弹性模量降低程度加剧;在800℃以上时,试样损伤严重,抗压强度、抗拉强度、弹性模量仅为常温下的10%~35%。因此,采用控制温度加热方法,可获得不同质量和不同物理力学性质的预损伤岩石试样。加热温度越高,滚石碰撞越破碎,高温损伤效应越显著。     

基于颗粒流模型微波辅助破岩过程数值模拟

微波辅助破岩是一种新型的破岩技术,通过微波加热预先在岩石内部产生微裂纹,然后联合其它破岩手段,可以有效提高破岩效率。以吸波的方铅矿和透波的方解石组成的岩石颗粒为研究对象,采用颗粒流程序建立了细观数值模型,对微波照射下的岩石颗粒细观物理力学应进行了模拟分析,揭示了不同微波照射条件下岩石内部温度分布与演化以及微裂纹的产生与发展的规律。研究结果表明:微波照射下,方铅矿温度明显高于方解石,岩石温度呈不均匀分布,不同矿物之间存在温差;微波照射可以使岩石在时间很短及温度较低的情况下产生微裂纹;微裂纹主要由方铅矿的热膨胀引起,微裂纹以拉伸裂纹为主,极少部分为剪切裂纹。岩石内部微裂纹的分布形态主要取决于方铅矿在岩石中的分布;微波照射时,裂纹首先产生于方铅矿周围,继而向周边的方解石内扩展,相互连通后导致岩石破裂;在消耗能量相同的情况下,微波功率越高,需要微波照射时间越短,岩石内部温差越大,产生的裂纹数量越多,破岩的效率更高。     

单轴受压高温损伤砂岩的电学响应特征

为研究高温损伤后砂岩的电学响应特征，对常温和经过200,400,500,600,800℃加热水冷却后的绿砂岩岩样开展了单轴压缩试验，并实时监测了岩样在压缩过程中的电阻率变化规律.结果表明：对应于岩石在单轴压缩过程中的压密阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹快速扩展阶段和破坏阶段，高温水冷却岩石电阻率的变化表现为电阻率小幅增加、电阻率平稳增加、电阻率增幅加大、电阻率急剧下降四个阶段.当加热温度低于400℃时，在初始压密段，电阻率变化率低于10%,当加热温度高于400℃后，在初始压密段电阻率变化率变化幅度增大，加热温度为800℃时，在初始压密段的电阻率变化幅度达50%左右，表明初始压密段电阻率的变化率可以反映岩石的初始损伤程度；当压力达到岩石峰值强度的80%～90%时，电阻率变化率达到峰值，随后出现骤降，说明电阻率变化率曲线的突降可以作为岩石发生破坏的电学前兆；电阻率变化的各向异性特征能够在一定程度上反映受压岩石最终贯通裂纹出现的位置，在潜在贯通裂纹附近的电阻率变化最为显著.     

热处理对岩石波速及孔渗的影响

在常压条件下，对干燥粉砂岩、灰岩和砾岩3种储层岩石进行了高温处理，测量并分析了岩石波速、渗透率和孔隙度与温度的变化关系。结果表明，热处理过程中岩石波速、渗透率和孔隙度等物理性质的变化存在一个突变温度域。经过高温处理后的岩石，其波速随温度升高而下降，渗透率和孔隙度随温度升高而增加。在阈值温度附近岩石波速、渗透率和孔隙度变化幅度最大；高于阈值温度后，影响岩石渗透率和孔隙度变化的主要机理是早期产生的微裂纹宽度增加。该实验结果为现场储层热处理效果评价及技术应用提供了依据。     

煤层顶板砂岩高温下超声传播特征分析

通过对鹤壁矿务局煤层项板砂岩试件在高温状态下和高温冷却后的超卢波测试，揭示了砂岩在高温状态下和高温冷却后的超声波传播随温度的变化规律，从声速、振幅和主频几个方面研究了在高温状态下和高温冷却后煤层顶板砂岩内损伤裂纹的发展变化过程。试验结果表明，在高温状态下和高温冷却后，振幅对岩石裂纹状态敏感程度大于声速和主题，振幅和声速随温度变化的曲线上存在着一骤降点，但各自反映的温度点有差异。其研究成果埘煤炭地下气化炉围岩在高温下的节理裂隙演化过程、组构和力学特性研究具有重要的作用和意义。     

不同冷却方式下ALC高温劣化损伤试验研究

为研究不同冷却方式下ALC在高温处理后性能劣化损伤情况,通过对不同温度、不同冷却方式处理后的ALC试件进行超声无损检测试验、静态力学性能试验、毛细吸水试验的方法研究了温度、冷却方式对其质量损失率、纵波波速、抗压强度、弹性模量、应力应变关系、能量耗散、毛细吸水性的影响。研究结果表明：ALC内各种水化产物受热分解,水分消散,体积膨胀,微裂隙增加,纵波波速减小,抗压强度减小,弹性模量降低,塑性提高,峰值应变增加,能量耗散不断提高,最大毛细吸水量增大;其应力-应变曲线的形状与普通混凝土相似,都经历了压密阶段、弹塑性阶段、破坏阶段、残余阶段。喷淋冷却试件相对于自然冷却试件在300℃前损伤较小,性能劣化程度较低,300~600℃时劣化损伤明显增大,毛细吸水性增长显著,600~800℃时不同冷却方式对ALC性能影响逐渐减小。可见,不同的冷却方式对高温处理后ALC有一定的影响,但随着温度升高,影响逐渐降低。     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

不同冷却方式下四面受火钢筋混凝土柱的力学性能

对四面受火钢筋混凝土柱在经历不同加热温度(250℃,450℃,650℃)、不同冷却方式(喷水与自然冷却)情况下的力学性能进行了试验研究,分析了高温后冷却方式对钢筋混凝土柱耐火极限和承载力的影响.结果表明,受热温度和冷却方式对高温后钢筋混凝土柱的极限承载力有较大影响.随着温度的升高,钢筋混凝土柱的承栽力逐渐降低,且不同的冷却方式对其承载力均有影响,与自冷柱相比,喷水冷却加剧了钢筋混凝土柱正截面承载能力的退化.     

静水压下热损伤大理岩动态拉伸特性研究

处于高温高地应力等复杂地质环境下的深部围岩,可能遭受爆破、地震等动态荷载影响,在岩石工程开挖区附近多导致张拉破坏,因此,研究热损伤岩石在不同地应力条件下的动态拉伸特性,在深部岩石工程中具有重要意义.选取均质细粒房山大理岩,利用自主研发的多功能分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行4种温度(25℃、250℃、450℃、700℃)损伤梯度下,4种静水压环境(0 MPa、5 MPa、10 MPa和20 MPa)下,房山大理岩巴西圆盘试样动态加载试验.研究结果表明:①随着温度的增加,房山大理岩内部微裂纹增多,矿物成分由CaMg(CO3)2向CaCO3和Mg O转变,密度和波速均随着损伤温度的增加而逐渐降低;②静水压条件下试样拉伸应力曲线呈现为双峰特征,这主要是由于侧向围压的存在抑制了试样的劈裂,使试样拉伸破坏后继续承载造成的;③在固定围压环境下,各温度梯度下热损伤大理岩的动态拉伸强度均具有明显的率相关性;同时动态拉伸强度随着温度的升高而明显降低;④在固定温度下,围压的存在明显提高了房山大理岩动态拉伸强度,但拉伸强度的增幅随着围压的增加而减弱.此外,当试样的热处理温度超过450℃后,动态拉伸强度的围压效应小于25℃和250℃热处理情况.这可能与高温处理后的岩石在高围压状态下发生了脆性向延性转变有关.     

高温水冷后花岗岩微观孔径及渗透性分析

高温热处理后岩石的物理力学性质的变化与其内部孔隙结构的改变有关.以高温水冷处理后的两种花岗岩为研究对象,进行了气体渗透试验,研究了其渗透性随温度的演化规律及微观孔隙结构的变化,并利用比表面积及孔径分析测试从微观层面分析了高温水冷处理后花岗岩的损伤演化和裂隙发育机理,为宏观物理性质改变提供了理论依据.结果表明,两种不同的花岗岩在受到高温水冷后表现出相同的规律,随着温度的升高,岩石内部逐渐产生温度裂隙,比表面积增大、总孔体积增大.利用比表面积及孔径分析得到了岩石内部纳米级孔隙的分布情况,发现在温度的作用下岩石内部的介孔受温度的影响最大.可见,在高温热处理后花岗岩内部的温度裂隙是影响岩石物理性质的主要因素之一,同时利用比表面积及孔径分析测试可以得到花岗岩内部的纳米级孔隙分布情况,为花岗岩的微观孔隙结构研究提供了技术支持.     

气体钻井井底低温对岩石破碎的影响机制

首先分析井底钻头喷嘴的Joule-Thomson效应,其次,建立急剧冷却条件下井底岩石的温度场分布模型,并以此建立井底岩石动态热应力分布模型,对气体钻井井底热冲击应力进行深入剖析。此外,通过引入井底岩石裂纹尖端应力强度因子,对钻头载荷和热应力共同作用下的井底岩石裂纹扩展失稳进行分析,对砂岩岩样进行液氮冷却试验,并对其进行声波实时测量。结果表明:在热应力的作用下岩石裂纹的抗扩展阻力存在极小值,气体钻井岩屑粒度较小;随着温度的降低,波速在岩石中呈线性衰减,声波的首波波幅也有明显的延迟,说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。     

三山岛金矿深埋蚀变硬岩真三轴压缩下的力学性质

以深部三种不同的蚀变岩为研究对象，利用真三轴加载系统和声发射监测系统，对岩样进行加载试验和声发射监测试验，对三种蚀变岩的变形、强度、破裂演化过程及微观破坏机制进行分析.试验结果表明:受动力变质作用和蚀变作用影响，三种蚀变岩的力学性质有较大差异.蚀变后产生方解石含量高的岩样脆性大，破坏过程最剧烈，弹性能释放最快;遭受严重动力变质作用和发生碳酸盐化蚀变都会降低蚀变岩的强度，且其抵抗和容纳变形的能力较弱，岩石容易破坏;蚀变产物中白云石含量高会导致蚀变岩主裂纹扩展方向发生偏转.     

循环升温-水冷作用下花岗岩的力学特征与破坏模式

干热岩储层改造过程中高温岩石处于反复升温-水冷状态,其破裂力学特性直接影响储层改造效果。基于室内试验和有限元数值模拟,研究了循环升温-水冷对花岗岩力学特征和破裂模式的影响,探讨了花岗岩的力学性能劣化规律和破裂过程。研究表明：温度对花岗岩力学特性影响显著,升温导致花岗岩强度和弹性模量呈降低趋势,整体塑性增强,而经多次升温-水冷处理后岩石脆性得到一定程度的提高,花岗岩弹性模量变化受升温温度及循环升温-水冷次数共同控制;随温度升高,花岗岩由劈裂-剪切复合破坏转变为剪切破坏,且破裂程度明显提高;当循环次数较低时,温度是影响花岗岩破裂模式的主导因素,伴随循环次数增多,花岗岩内部损伤加剧,在压缩荷载作用下呈现复杂的剪切-劈裂混合破坏模式。     

液氮压裂中液氮对岩石破坏的影响试验

为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内产生收缩变形和孔隙体积减小,试验后红色砂岩和白色砂岩岩样的孔隙体积分别降低了8.63%和4.78%;冻结作用对饱和岩样的矿物颗粒之间胶结较弱处具有损伤破坏作用,当损伤达到一定程度后,会贯通成缝,使岩体出现断裂现象。     

山东昌乐地区火山岩的岩石化学特征

根据昌乐火山岩结晶程度差、成分分异大、显微镜下难以鉴定岩石类型等特点，运用两种岩石化学计算法对团山子、苍山、临朐等火山口熔岩岩样进行了计算和分析，结合岩石薄片资料，确定了其矿物组合和岩石类型．研究表明，不同类型火山岩的岩石化学特征存在着差异，这种差异可能影响岩石矿物的结晶程度，在相同温度和压力下，基性程度偏高的岩浆，其结晶程度偏好．     

大足大佛湾石刻岩石微观与力学特性研究

为了给大佛湾石刻造像的病害治理提供依据,采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜和岩石力学试验系统等对该区域内岩样的矿物成分、微观结构和力学特性进行分析。结果表明,石刻区域内岩石的矿物成分以石英、钠长石、方解石、黏土矿物为主,且由于黏土矿物和方解石的含量与分布不同,造成了砂岩外观颜色的差异;区域内岩层没有变形改造,砂岩内部存在较多微孔隙而泥质砂岩、泥岩的结构较为致密,且水对岩石的结构有溶蚀、淋滤等破坏;区域内岩石的力学性质受黏土矿物的影响较大,通过力学试验得出的基本力学参数显示,与天然状态相比,岩样在饱水状态下的强度明显降低。     

广东长坑金银矿床矿石类型及矿物组合

长坑金银矿床中金和银分别构成独立的金矿体和银矿体.矿床的主要矿石类型包括原生矿石和次生氧化矿石.氧化矿石的矿物种类简单,主要是石英,其次是粘土矿物,少量的针铁矿、臭葱石,微量的磁铁矿、锆石、黄铁矿和其他硫化物,偶见自然金.原生金矿石包括硅质金矿石、钙硅质金矿石、铝硅质金矿石三种类型,原生银矿石主要是硅质银矿石.原生金矿矿石矿物包括黄铁矿、雄黄、雌黄、重晶石、辉锑矿,其次是白铁矿和极少量毒砂和自然金,为一套浅成低温矿物组合.原生银矿矿石矿物是方铅矿、闪锌矿、银黝铜矿、深红银矿、硫锑铜银矿、硫锑铅银矿、辉锑银矿、辉银矿,次要矿物有黄铁矿、黝铜矿、黄铜矿、脆硫锑银矿、淡红银矿,是一套中深成中温的含银单硫化物和含银硫盐矿物组合.反映金、银矿床分属浅成低温和中深成中温热液交代成因的两次不同成矿作用的产物,金矿成矿在先,银矿成矿在后并叠加改造了金矿.     

技术进步对关键矿产供应影响的实证研究——以镍为例

技术进步是影响关键矿产可持续供应的重要因素，但许多学者忽略了不同类别技术进步的作用与技术进步的扩散效应.该文以战略性关键矿产——镍为研究对象，结合ARIMAX模型，研究了三种技术进步与经济、地质、需求等因素对于关键矿产供应的影响.实证结果表明：1)三种技术进步专利均会对关键矿产供应产生显著影响，其中，成本降低型专利的影响最大，效率提升型专利影响次之，安全提高型专利影响最小.2)技术进步、价格与经济发展对矿产供应的影响均有扩散效应，储量与需求对矿产供应的影响没有扩散效应.3)往年的矿石产量也是影响矿产供应的关键因素之一.根据上述实证结果，该文对中国未来矿产资源产业与矿产开发提出了针对性的政策建议.