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我院“工程地質災害防控與深部資源開采”團隊的袁維副教授(第一作者)和王偉教授(通訊作者)在國際采礦、石油等相關Top期刊上(International Journal of Rock Mechanics and Mining Science; Journal of Petroleum Science and Engineering)發表系列文章,探討了爆破方法改造鈾礦儲層滲透性的若干力學問題,為爆破增滲技術的推廣應用奠定了的理論基礎。

砂巖型鈾礦是我國最主要的天然鈾資源類型,其首選的開采方式是原地浸出工藝,我國砂巖的型鈾資源賦礦巖層滲透性普遍偏低,低滲透資源占砂巖鈾資源的 70% 以上,賦礦巖層 “ 低滲透 ” 已造成地浸開采“ 難注、難采、低回收率及高成本 ” 等諸多突出矛盾, 嚴重阻礙了此類資源的開發利用。 改造低滲透砂巖鈾儲層的滲透性、提高低滲透鈾資源的開采效率,對保障我國核電的可持續發展和提升我國天然鈾資源的自給率具有重要的戰略意義。爆破技術可以使巖石中激活、貫通更多的微小裂紋,形成密集的裂隙網絡,提高鈾儲層的滲透性。爆破增滲與常規工程爆破有兩點顯著不同:(1)幾百米以上的埋深,使地應力對鈾儲層爆破破碎效果的影響無法忽視;(2)無臨空面存在,使無處可去的、高溫高壓的爆生氣體更多的作用于驅動裂紋快速擴展和貫通,爆生氣體破巖的動態效應和對巖石破碎的貢獻度將更加突出。??

針對以上科學問題,工程地質災害防控與深部資源開采團隊首先提出了無臨空面爆破條件下沖擊波升壓時間的理論計算公式,突破了升壓時間難以監測的技術難題,并采用顆粒離散元方法和物理模型試驗研究了不同不耦合數條件下沖擊波在巖石中衰減規律和致裂效應,提出了沖擊波作用下致裂的最優不耦合系數,同時,闡明了雙孔微差爆破提升致裂效應的作用機制,揭示最優微差時間與炮孔距離的關系。另外,基于顆粒離散元構建了爆生氣體和爆炸沖擊波聯合作用的模擬方法,闡明了爆生氣體與沖擊波致裂效應的貢獻機制,揭示了不耦合系數對滲透性提升的作用規律。

發表論文:

[1] Experimental and numerical study on the effect of water-decoupling charge structure on the attenuation of blasting stress [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 2019, (124): 104133. ( DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104133) 論文鏈接

[2] Numerical study of the contributions of shock wave and detonation gas to crack generation in deep rock without free surface[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, (177): 699-710. (DOI:10.1016/j.petrol.2019.02.004) 論文鏈接

[3] ?Numerical study of the impact mechanism of decoupling charge on blasting-enhanced permeability in low-permeability sandstones[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2018(106): 300-310. (DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.04.029) 論文鏈接

[4] Numerical study on the fracturing mechanism of shock wave interactions between two adjacent blast holes in deep rock blasting [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2019, 18(4): 735-746. (DOI: 10.1007/s11803-019-0533-6) 論文鏈接

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