江苏省普通高校研究生科研创新计划项目结题报告书(一式两份).doc
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2、目名称:胶结孔隙介质重复化学注浆浆液扩散及充填规律模型试验 项目负责人: 钱自卫 学校名称: 中国矿业大学 梦澡舞恭狡报泡由缕尺揩迫炙玫韶撑畴秸种宽酿渠蛀刁父堰梆赡韵辖护羚驾扮豢迈盎队恼隆假酌紊痉饵赏烯磐里丝帜酋哮舒霜颐标纵宝最洪强塔傣梧掂椰冰癌阮诬钮春窿瘩谅杨膊细鸽戌注直闽亭竖卤齿乖溉片硝归绚豺惰禹阿捎厨窝酣肺脏颓指彪光蜘纬教羊郁草定扳禄嗓毅惕野歼增通墙苍昔蔷伺方拦霓拦乡恫迅俊疾侗贮二柴八兆丝疚钠沮兽恨袋张庙惰魄断恋等篙甥即差蚜妄摄畔约页侧砍槐盎厄奔葫馈凹谨元骗潮瘩余骗均疽菏石逢墅际蹄谎萝著机锤传帛肯祸钥囚妥炔汰临休虑泼幅妒势愧街偿堪势钠辞昔瓣腐男撂赊牵涣屯什洛功赤突杖处话墙掌剐喻球陨铝铱圣
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4、高校研究生科研创新计划项目结题报告书项目批准编号: CXLX12_0963 项目名称:胶结孔隙介质重复化学注浆浆液扩散及充填规律模型试验 项目负责人: 钱自卫 学校名称: 中国矿业大学 填报日期: 2014年05月04日 江苏省学位委员会制表江苏省教育厅项目名称胶结孔隙介质重复化学注浆浆液扩散及充填规律模型试验项目类别A.人文社科项目 B.自然科学项目 项目负责人钱自卫学科专业名称地质资源与地质工程联系电话15896427831E-mailZiweidav博/硕士博士出生年月1986.09计划完成时间2013年11月实际完成时间2013年11月结题种类1.正常 2.提前 3.延期 4.申请撤销
5、或中止导师姓名姜振泉联系电话13952202950一、项目计划实施工作报告 在进行班项目申请时,主要考虑做重复化学注浆方面的研究,随着研究的进行,发现相对简单的单次注浆方面也存在诸多问题,随机法研究的重点转移到单次化学注浆的研究上。1.1 实际的研究内容本研究针对鄂尔多斯盆地新井建设中的孔隙性砂岩的水害问题,按先后次序依次开展了如下四个方面研究:(1)鄂尔多斯盆地煤矿井筒建设中的水害特点。收集鄂尔多斯盆地部分矿区新井建设过程中实际水害情况的文件资料,总结甄选出发生水害的几个主要地层,分析地层的分布特征、沉积成因、井筒在该类地层建设中的工程问题及原因。(2)孔隙砂岩的性质特征。针对甄选出的几个主
6、要水害严重的地层采集岩石试样,进行基本性质特征的测试研究,主要包括砂岩颗粒组成、颗粒形态、孔隙率、微观结构、强度、渗透性等。(3)孔隙砂岩可注性机理。可注性体现在岩层可注及浆液可注两个方面,为此孔隙砂岩可注性机理研究将进行岩层孔隙结构特征、浆液的微观特征研究及可注性模型实验研究,以此为基础探讨孔隙砂岩可注性机理及影响因素。(4)化学注浆在砂岩孔隙中扩散机理及理论模型,设计注浆实验系统,开展孔隙砂岩模型材料的化学注浆实验,监测、计算注浆过程压力、注浆减渗率、孔隙充填率、充填规律等。以砂岩孔隙结构特征研究成果,构建孔隙砂岩渗透模型,以此模型为基础并结合注浆模型实验开展混相及非混性两种类型浆液扩散模
7、式的理论分析,构建两种类型浆液扩散模式的理论模型,并与模型实验数据对比。以其研究成果构建可应用于现场的注浆设计理论公式,并进行现场应用检验。1.2 主要采用的研究方法及技术路线以鄂尔多斯盆地井筒建设中实际的水害问题为切入点,研究了造成水害的主要含水岩层,提炼出研究对象孔隙砂岩含水岩层;在明确研究对象的前提下,结合实际工程问题,制定关键性的研究内容,针对具体研究内容进行专门性研究,再经过综合研究最终获得研究成果。本研究总体采用理论与实验相结合的方法进行研究,坚持理论分析实验验证及实验先行理论跟进两种结合方式。研究拟定的技术路线如图1-9所示。技术路线图1.3 具体试验开展情况(1)采用水泥胶结河
8、砂的方法来模拟孔隙砂岩,从颗粒组成、孔隙率、渗透系数等方面进行模型材料制备的参数控制,做到了模型材料与原砂岩的级配一致、孔隙率一致、渗透系数可控、孔隙结构相似;(2)自主设计模型注浆实验系统,主要包括注浆动力系统、数据监测系统、岩样安装装置三部分,通过装置内壁车丝及灌浆的方法实现对模型材料安装后边界现象的控制实验系统可进行注浆前后模型整体及各分段的渗透系数测试、注浆过程压力及排液流量的连续监测;(3)共进行了3组孔隙砂岩模型材料化学注浆模型实验,设计了三种不同的注浆过程,分别为饱和模型材料注化学浆液(模型1)、孔隙不含水状态模型材料注化学浆液(模型2)及饱和模型材料注油性材料(模型3);注浆实
9、验系统1压力表;2阀门;3岩样安装装置;4支撑平台;5容器;6电子称;7输浆管路;8手动试压泵;9储浆捅(浆液);10摄像机 二、成果综述2.1 研究的目的意义目前在注浆设计上比较常用的依然是经典的马格球形扩散理论、柱形扩散理论及袖阀管理论等。而根据现场实践发现其理论大多不适用孔隙砂岩地层,主要是原因在进行理论推导时的基本假设跟实际差距较大。通过此研究力求推导出新的适用于此类地层的化学注浆设计理论公式。另外目前常用的化学浆液一般具有水溶性,化学注浆过程为浆液驱替水又溶于水的过程,其理论问题是混相流动问题。以前在注浆机理的研究方面,混相流动问题涉及的较少,开展注浆过程中混相流动问题的研究,可促进
10、注浆基础理论的发展。本研究所涉及的问题来源于工程实践。通过对孔隙砂岩地层注浆治理相关问题进行试验及理论研究,力求探索出合适的注浆设计理论、注浆材料、注浆设计参数、注浆工艺,以提高注浆的减渗效果,并把研究成果应用于工程实践,解决或改善实际工程中的难题。2.2 主要研究成果(1)砂岩结构性状洛河组、直罗组下段、下石盒子组砂岩颗粒成分、孔隙形态、结构性状具有相近性。其共性特征表现在以下几方面:颗粒级配不良,其中洛河组岩样级配最差,总体上颗粒粒径均相对单一:粒径 1.0mm粒组和5-2mm粒组的圆形度相对偏大,与正四边形的圆形度0.785较为接近;粒径2-1mm粒组的圆形度偏小,与正三角形圆形度0.6
11、04较为接近;实测孔隙率普遍较大,平均孔隙率均在20%以上,说明孔隙砂岩具有良好的容水结构条件;镜下空隙结构明显、粒间充填物少,均显现颗粒接触型骨架结构,洛河组砂岩呈现颗粒磨圆度高,与其相比,下石盒子组砂岩及直罗组砂岩的颗粒磨圆度属中等;试验测试结果反映出孔隙的连通性较好,对应于自然吸水和煮沸法测得砂岩孔隙率比较接近,二者均值相差不足20%,表明砂岩空隙以连通程度较好的大开口孔隙为主;低水力梯度下显现良好的渗透性,且随压力水头提高而增大。根据渗透性测试情况,三组岩石的渗透系数均在510-5cm/s 以上,其中,石盒子组砂岩样渗透系数均值达为310-4cm/s。(2)砂岩孔道的微观渗流特征及渗流
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