盐穴碱渣回填液化学作用下微力学行为及长期渗透性研究

This research focuses on the project of backfilling alkali waste in lacustrine sedimentary rock salt cavern in Jintan and Yunying. Given the properties of high impurity, complex mineral composition, tendency of chemical reaction with waste residue of lacustrine sedimentary rock salt, the micro-structure characteristics, composition and distribution of impurity in lacustrine sedimentary rock salt will be studied systematically. And a deformation initiation criterion of rock salt can be set up by exploring its mechanism of micro-structure deformation in chemical solution. With further investigations on three-axis seepage characteristics and combined it with the creep-damage model of salt rock, a damage-scope definition model of rock salt in chemical solution can be build up. Lastly, a long-term permeability evaluation method in using alkali waste in salt cavern can be obtain, which can provide theoretical and technical support for proper disposal of residue and utilization of abandoned salt cavern.

本项目以金坛、云应等湖相沉积盐岩溶腔碱渣回填工程为研究对象，针对湖相沉积盐岩杂质含量高、矿物成份复杂，易与碱渣废液发生不同程度的化学作用等特性，系统研究湖相沉积盐岩岩体微结构特征、杂质矿物成份组成及分布规律，探索湖相沉积盐岩受化学溶液作用后，其内部微结构非协调变形作用机制，建立盐岩在化学溶液作用下的变形起裂判据。通过进一步研究盐岩化学溶液作用下的三轴渗流特性，结合盐岩蠕变损伤演化模型，建立盐岩受化学溶液作用下的损伤作用范围界定模型，最终形成盐穴碱渣处置长期渗透性评价方法，为碱渣安全处理及废弃盐穴充分利用提供理论和技术支持。

盐岩是由干旱气候区的海水或湖水在漫长的地质作用下形成的，历经结晶、沉淀和积聚等过程会形成一定厚度的盐岩层，通常埋深在地下数十米到数千米之前，盐岩具有易溶于水、高蠕变性、低渗透率和损伤自恢复性，因此其水溶形成的腔体被认为是储存石油，天然气和有害废物的理想场所。碱渣是由氨碱法生产出的废渣液体，我国每年的碱渣排出量高达600—1200万吨，采用地面堆积的方式，会占用大量的土地，造成土地盐碱化。而将碱渣回填到盐穴中，一方面可以推进废弃盐穴再利用，另一方面还能解决碱渣随意堆放引发的环境问题。项目主要研究了我国主要盐岩矿区的盐岩的微结构特征、矿物成份组成及分布规律，开展了盐岩和夹层在碱性溶液下的化学作用规律，发现了盐岩和白云石由于致密性良好，在浸泡的30天内力学性质，孔隙度，渗透率无明显的变化，DIC(数值图像技术)也证明在浸泡的过程中，盐岩的理化性质并未发生显著的改变，而石膏夹层由于遇水膨胀，发生软化，力学强度发生了明显的降低，孔隙度和渗透率也大幅度上涨，因此可能会对盐腔的稳定性造成影响，最后使用了数值模拟软件Comsol对碱渣回填进行了长期渗透性评价，发现在不含夹层的盐穴中，储存10%质量浓度的碱渣溶液30年的渗透总量不到总体积的0.01%，而含白云石夹层和石膏夹层的腔体分别为0.03%和0.05%，随着回填的不断进行，质量浓度进一步提高，渗透值还会不断减小，因此说明将碱渣回填盐穴有着明显的经济价值和投资意义，可以进行大范围的推广。