多场耦合作用对钙芒硝矿原位溶浸开采增效影响机理

Glauberite is a kind of soluble rock. In fact, glauberite in-situ solution mining is a process of solid deformation distortion, fluid migration and multi-field coupling of mineral dissolution. So the study on theory of glauberite’s solution mining is of great significance on the technology of solution mining. Glauberite dissolution will cause its internal structure change, which will result in the change of the permeability. Thus the in-situ solution mining efficiency can be influenced. . Focusing on internal structure evolution of glauberite under synthetical coupling reaction as heat, water, mechanics and chemistry and dissolution permeability, this context makes a number of theory analysis and experimental investigation. Different crack length and density will be analyzed. In order to analyze the glauberite internal structure under THMC coupling effects from microscopic view, this study makes a comprehensive analyze on CT scan two-dimensional pictures by experiments. At the same time, a statistics will be made on the porosity, pore size, and changing laws about the specific surface area of pores in glauberite microstructure. Then forming mechanism of the preferential pathway and the solution-pervasion are analyzed. So the synergistic mechanism of in-situ solution mining will be revealed. Finally the technical scheme of improving the solution mining efficiency is approached.

钙芒硝是一类地质体中常见的可溶性岩石，采用溶浸法进行地下矿产资源的开采，将会引起岩体内部的物理结构改变，内部结构的变化又会引起岩石力学性能及渗透性的改变，从而影响钙芒硝矿原位溶浸开采效率。. 本项目通过理论分析、试验研究的方法，围绕THMC耦合作用下钙芒硝内部结构演化以及其溶解渗透特性等问题进行研究。对不同长度裂纹数量及裂纹密度等物理特征参数进行统计分析，统计钙芒硝的孔隙率、孔隙尺度、孔隙比表面积的变化规律。分析优势通道的形成机理以及不同尺度裂隙组合网络溶解-渗透特性，进而揭示原位溶浸开采增效机理。探讨快速提高钙芒硝矿原位溶浸开采效率的技术方案。

钙芒硝原位水溶开采过程实质是一个涉及固体变形、流体运移、矿物溶解的多场耦合问题，因此进行钙芒硝水溶开采的理论研究，对于促进水溶开采技术发展具有十分重要的意义。.本项目主要研究了单物理场、多物理场作用下钙芒硝内部孔裂隙结构演化的过程，分析了钙芒硝内部孔隙、裂隙发展规律及其影响因素。在项目资助期内得到如下结果：单温度场作用下，从100℃到150℃，钙芒硝内部原生裂纹加长、加宽，并与相邻裂纹贯通。从150℃到200℃，微裂纹在温度作用下相互贯通，最长裂纹长度增加1倍。单轴压缩过程中钙芒硝岩盐的变形过程可大致分为四个阶段：第一阶段（0~1.1MPa）属孔裂隙压密阶段，本阶段原生孔隙裂隙逐渐闭合；第二阶段(1.1MPa~12.8MPa)为弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段；第三阶段（11.7MPa～12.8MPa）试件进入塑性阶段，发生破裂，微破裂不断发展形成宏观裂缝，直至破坏；第四阶段属破坏阶段，应力达到峰值后急剧下降，到 5MPa 左右下降趋势开始变缓，应力值出现台阶式下降，试件仍有一定承载力，并不降到零。.比较常温条件下淡水、3mol/L盐溶液以及6mol/L溶液中钙芒硝溶浸的CT重建结果发现：溶液首先沿着胶结面浸入钙芒硝矿体内部，由于流体溶浸作用导致胶结面处矿物发生软化，降低了胶结物的强度，促进钙芒硝裂纹的扩展。随着浓度升高，液体对钙芒硝内部结构演化具有抑制作用即溶液浓度越高，钙芒硝内部结构变化越小。钙芒硝试件在不同浓度溶液中溶浸后，随温度的升高抗压强度极限有着相同的递减规律；而随着浓度的升高，相同温度中试件的抗压强度极限均表现为增大。建立了化学溶液作用下钙芒硝孔隙动态衍化的数学模型，对不同温度溶液中钙芒硝的孔隙衍化过程进行了数值模拟，并对溶液中的浓度场的变化规律进行了分析研究。