温度-压力-湿度耦合作用下膨胀性泥质页岩导热特性实验研究

Thermal conductivity of swelling clay shales under coupling effects of temperature-pressure-humidity is a critical and basic parameter for deep mine cooling system，shale gas exploitation，nuclear waste disposal and other deep engineering. Swelling clay shales have strong expandability in hot and humid environments，and their thermal conductivity are inevitably affected by their expandability. However， current studies on thermal conductivity failed to consider environmental factors. Therefore, in this project, a new experimental system is developed to research thermal properties of clay shale rocks under environmental conditions of coupled temperature-pressure-humidity. Experiments considering single, two coupled and all coupled conditions are performed separately. Finally, results are analyzed by multivariate statistical analysis method to conclude the variation of the thermal conductivity of swelling clay shales under different environmental conditions.

温度-压力-湿度耦合作用下膨胀性泥质页岩的导热特性是矿井热害治理、页岩气开采、核废料储存等众多深部工程研究所需要的基础性、关键性资料。膨胀性泥质页岩在湿热环境下极具膨胀性，膨胀后岩石的孔隙结构等发生变化从而影响导热特性，而当前的有关岩石导热特性的研究结果中均没有考虑这一点。鉴于此，本项目拟采用创新的温度-压力-湿度耦合作用下的岩石导热实验方法，对深部环境温度-压力-湿度耦合作用下膨胀性泥质页岩的导热特性进行研究。首先，研究单环境因素温度、压力、湿度及双环境因素温度-压力、温度-湿度、压力-湿度组合与膨胀性泥质页岩导热特性的关系；然后，开展多环境因素影响下的膨胀性泥质页岩导热实验，得到温度-压力-湿度同时变化与导热特性的关系；最后，对实验结果进行多元统计分析，评价膨胀性泥质页岩导热特性对环境因素的敏感性，确定温度-压力-湿度三场耦合作用下膨胀性泥质页岩的导热特性变化规律。

岩石的导热特性是开展矿井热害治理、页岩气开采、核废料储存等众多深部工程研究所需要的基础性、关键性资料。本项目针外部环境因素（温度、湿度、压力）对岩石导热特性的影响开展实验研究，取得如下进展：（1）在总结分析现有岩石导热特性实验方法基础上，建立了温度-压力-湿度耦合作用下岩石导热特性实验方法，并获得相应国家发明专利授权；（2）开展干燥和饱和状态下岩石导热特性随温度的变化规律实验研究，发现热导率随温度的变化幅度跟温度区间密切相关，首次通过室内实验揭示了岩石孔隙流体的相变是影响热导率变化的重要因素；（3）发现控制泥岩导热特性的主要因素是石英含量、孔隙率、孔隙表面积和孔隙中介质组成；泥岩导热能力跟石英含量呈正比，跟孔隙率呈反比，跟孔隙比表面积呈反比；温湿度是通过影响泥岩孔隙特性而影响热导率变化。（4）本项目共发表学术论文5篇，其中SCI收录2篇（2区），EI收录2篇，中文核心1篇，获得国家发明专利授权3项。