原位改性采矿理论与技术 20111118
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2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 4
学科带头人：赵阳升 教授
赵阳升 博士、教授、博导；国家杰 出青年基金获得者；长江学者 1989—1992，同济大学地下工程，博 士（师从孙钧院士）； 1983—1986，原阜新矿院工程力学， 硕士； 1978—1982，原山西矿院力学，本科。
三维固流耦合模拟 试验台
甲烷冰合成试验台
水力割缝瓦斯抽放装备
岩石高温三轴渗透试验台
大型(φ3.5m×7m)盐岩溶腔储库溶控 建造流体运移模拟试验台
通过观察窗记录 不同条件下、 流场运移特性规律
2015-4-17来自百度文库TUT-Liang Weiguo 22
谢 谢! 欢迎各位同仁、朋友莅临指导！
成果二：建立了连续、裂隙介质含物化反
应的固气耦合模型、含溶解反应的固流耦 合模型和含热力液耦合作用的THM耦合模 型。 为推动多孔介质多场耦合作用新兴边 缘学科的创建与发展做出了系统的创新与 重要贡献。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
12
鲜学福、孙钧院士：“著作系统反映了赵阳升 教授团队二十多年来，在推动多孔介质多场 耦合作用新兴边缘学科创建、发展所进行的 大量基础实验与理论研究和宽广的工程应用 实践方面做出的系统创新成果”。
19
关键科学问题
热、力、液、化学多场耦合作用下，固体 矿物中有用组份溶解、热解、多相多组份 流体扩散、渗流传输、固体孔隙裂隙衍生 发展的科学规律；
利用矿床宏观结构与应力场特征，实施控 制压裂、控制热解溶解的原位改性采矿技 术原理，以及固流热传质耦合作用的工程 模拟理论。
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 20
煤炭产量、GDP随年份的变化
水火
煤炭：主要矿产资源、在国民经济与社会发 展中占有重要地位！ 安全—高效—绿色是资源开采的追求目标！
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 3
注水软化孔 厚煤层
原位改性采矿——针对地下煤炭、盐矿及油 页岩等矿产资源，通过注热、气、液及水力 压裂、割缝等技术，使资源原位赋存特性发 生物理、化学变化，从而实现矿产资源安全、 高效、绿色开采目标。
14
成果四：针对中国盐类矿床的“单层厚度
薄、夹层多” 赋存特征，传统开采方法不 适宜的问题，发明了“盐类矿床群井致裂 控制水溶开采方法”。
传统单井及双井对接连通 水溶开采
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 15
群井水压致裂连通控制水溶开采法示意图
Weiguo Liang----TYUT
成果一：研制了岩体固流耦合特性试验台
、大型真三轴多功能试验机、固流热化学 耦合作用试验台、显微CT实验系统，为原 位改性采矿技术研究提供了新的试验设备 ；揭示了岩体固流热化学耦合作用的若干 物理与力学规律。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
9
不同温度下瘦煤孔裂发展衍化规律
T0=18℃
T1=100℃
T2=100℃
T3=100℃
T4=400℃
T5=500℃
T6=600℃
18℃原样，n=0.98%
18℃纯水1h, n=3.53%
常温条 件下， 钙芒硝 在纯水 中浸泡 不同时 间4mm 岩样放 大61倍 的扫描 图片
18℃纯水，2h, n=9.55%
18℃纯水，3h, n=11.98%
1）低渗透 煤层瓦斯抽 放；2）水 力割缝与压 裂增渗；3） 煤层瓦斯注 气驱替
TUT-Liang Weiguo
1）高温岩体 地热开采；2） 1）易溶盐 矿水溶开采； 煤层注热强 2）难溶盐 化瓦斯开采； 矿水溶开采； 3）油页岩注 热开采；4） 3）油气储 库建造 褐煤注热脱 水提质改性
6
2. 原位改性采矿理论与技术
煤炭产量/亿吨
32.3 亿t
煤炭产量
GDP
年份
350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
21 18 15 12 9 6 3
顶板
瓦斯
0 0 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
TYUT“原位改性采矿” 研究发展历程
基 础 研 究
1986~ 固液耦合 1990~ 固气耦合 1999~ 固流传质 耦合 2002~ 固流热传 质耦合
工 程 研 究
2015-4-17
1） 煤岩层 注水改性:① 坚硬顶板控 制；②冲击 地压防治； ③中硬煤软 化放顶煤 2）带压开采 3）破碎岩体 注浆加固
使用该发明技术，解决了山西运城盐湖地 下薄层芒硝矿开采的技术难题，在南风集 团应用至今10年之久，创造了巨大经济效 益和社会效益。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
17
3. 目 前 开 展 研 究 工 作
2015-4-17
煤层 气
盐矿
原位 改性
油页 岩
褐煤
瞄准我国矿产资源安全、高效、绿色开采发 展方向，深入研究原位改性采矿理论技术， 高效利用一切资源，并使资源开采从地下走 向地面，更为安全！
中国岩石 力学与工程学会常务理事，山西省岩石 力学与工程学会理事长 ，原位改性采矿教育部重点实 验室主任。 从事矿山多场耦合理论、特殊采矿技术方面研究， 获国家技术发明二等奖1项、省部科技进步一等奖3项， 出版专著 5部，发表论文 230余篇，发明专利30余项。 2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 5
TUT-Liang Weiguo 18
一. 注热、注气强化煤层瓦斯抽采 理论、技术及应用。
具 体 研 究 方 向
二. 褐煤原位注热脱水与提质改性 的理论、技术及应用。
三. 盐岩溶腔油气储库建造、难溶盐 矿原位溶浸开采理论与技术。 四. 油页岩原位注热开采油气理论 与技术。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
理论基础：多孔介质多场耦合 作用理论
原 理位 论改 与性 技采 术矿
应用一：矿岩改性高产高效 安全采矿 应用二：煤层改性煤层气开 采与储运技术
应用三：固体矿物流体化开 采（盐类矿床）
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 7
理论基础：多场耦合数学模型
• 流体运移：
• 溶质扩散：
V 1 p Vi Vj i xi t x j
第十一届全国青年岩石力学与工程学术大会，中国青岛
原位改性采矿理论与技术
梁卫国 太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室 2011-11-19
汇报提纲
原位改性采矿基本概念
原位改性采矿理论与技术
目前开展研究工作
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
2
1. 原位改性采矿概念
33 30 27 24
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
13
成果三：针对我国煤层瓦斯“三低一高”
难抽采问题，研究成功水力割缝改造低渗透 煤层强化瓦斯抽采的成套技术与装备，2010 年鉴定达国际领先水平；在潞安、阳泉应用 证明，瓦斯抽采率提高2.3倍以上。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
C C ( Dij ) (CVi ) I t xi x j xi
• 热量传输：
( w cvwTw ) w 2Tw ( w c pwTw k fi p,i ) ,i Q( x, y. ) t
• 固体变形： ( ( p, ) ( p, ))u j ,ij ( p, )ui, jj Fi 0 • 矿物溶解： Vs A0 f (C,Tw )
学科带头人：赵阳升 教授
赵阳升 博士、教授、博导；国家杰 出青年基金获得者；长江学者 1989—1992，同济大学地下工程，博 士（师从孙钧院士）； 1983—1986，原阜新矿院工程力学， 硕士； 1978—1982，原山西矿院力学，本科。
三维固流耦合模拟 试验台
甲烷冰合成试验台
水力割缝瓦斯抽放装备
岩石高温三轴渗透试验台
大型(φ3.5m×7m)盐岩溶腔储库溶控 建造流体运移模拟试验台
通过观察窗记录 不同条件下、 流场运移特性规律
2015-4-17来自百度文库TUT-Liang Weiguo 22
谢 谢! 欢迎各位同仁、朋友莅临指导！
成果二：建立了连续、裂隙介质含物化反
应的固气耦合模型、含溶解反应的固流耦 合模型和含热力液耦合作用的THM耦合模 型。 为推动多孔介质多场耦合作用新兴边 缘学科的创建与发展做出了系统的创新与 重要贡献。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
12
鲜学福、孙钧院士：“著作系统反映了赵阳升 教授团队二十多年来，在推动多孔介质多场 耦合作用新兴边缘学科创建、发展所进行的 大量基础实验与理论研究和宽广的工程应用 实践方面做出的系统创新成果”。
19
关键科学问题
热、力、液、化学多场耦合作用下，固体 矿物中有用组份溶解、热解、多相多组份 流体扩散、渗流传输、固体孔隙裂隙衍生 发展的科学规律；
利用矿床宏观结构与应力场特征，实施控 制压裂、控制热解溶解的原位改性采矿技 术原理，以及固流热传质耦合作用的工程 模拟理论。
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 20
煤炭产量、GDP随年份的变化
水火
煤炭：主要矿产资源、在国民经济与社会发 展中占有重要地位！ 安全—高效—绿色是资源开采的追求目标！
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 3
注水软化孔 厚煤层
原位改性采矿——针对地下煤炭、盐矿及油 页岩等矿产资源，通过注热、气、液及水力 压裂、割缝等技术，使资源原位赋存特性发 生物理、化学变化，从而实现矿产资源安全、 高效、绿色开采目标。
14
成果四：针对中国盐类矿床的“单层厚度
薄、夹层多” 赋存特征，传统开采方法不 适宜的问题，发明了“盐类矿床群井致裂 控制水溶开采方法”。
传统单井及双井对接连通 水溶开采
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 15
群井水压致裂连通控制水溶开采法示意图
Weiguo Liang----TYUT
成果一：研制了岩体固流耦合特性试验台
、大型真三轴多功能试验机、固流热化学 耦合作用试验台、显微CT实验系统，为原 位改性采矿技术研究提供了新的试验设备 ；揭示了岩体固流热化学耦合作用的若干 物理与力学规律。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
9
不同温度下瘦煤孔裂发展衍化规律
T0=18℃
T1=100℃
T2=100℃
T3=100℃
T4=400℃
T5=500℃
T6=600℃
18℃原样，n=0.98%
18℃纯水1h, n=3.53%
常温条 件下， 钙芒硝 在纯水 中浸泡 不同时 间4mm 岩样放 大61倍 的扫描 图片
18℃纯水，2h, n=9.55%
18℃纯水，3h, n=11.98%
1）低渗透 煤层瓦斯抽 放；2）水 力割缝与压 裂增渗；3） 煤层瓦斯注 气驱替
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1）高温岩体 地热开采；2） 1）易溶盐 矿水溶开采； 煤层注热强 2）难溶盐 化瓦斯开采； 矿水溶开采； 3）油页岩注 热开采；4） 3）油气储 库建造 褐煤注热脱 水提质改性
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2. 原位改性采矿理论与技术
煤炭产量/亿吨
32.3 亿t
煤炭产量
GDP
年份
350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
21 18 15 12 9 6 3
顶板
瓦斯
0 0 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
TYUT“原位改性采矿” 研究发展历程
基 础 研 究
1986~ 固液耦合 1990~ 固气耦合 1999~ 固流传质 耦合 2002~ 固流热传 质耦合
工 程 研 究
2015-4-17
1） 煤岩层 注水改性:① 坚硬顶板控 制；②冲击 地压防治； ③中硬煤软 化放顶煤 2）带压开采 3）破碎岩体 注浆加固
使用该发明技术，解决了山西运城盐湖地 下薄层芒硝矿开采的技术难题，在南风集 团应用至今10年之久，创造了巨大经济效 益和社会效益。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
17
3. 目 前 开 展 研 究 工 作
2015-4-17
煤层 气
盐矿
原位 改性
油页 岩
褐煤
瞄准我国矿产资源安全、高效、绿色开采发 展方向，深入研究原位改性采矿理论技术， 高效利用一切资源，并使资源开采从地下走 向地面，更为安全！
中国岩石 力学与工程学会常务理事，山西省岩石 力学与工程学会理事长 ，原位改性采矿教育部重点实 验室主任。 从事矿山多场耦合理论、特殊采矿技术方面研究， 获国家技术发明二等奖1项、省部科技进步一等奖3项， 出版专著 5部，发表论文 230余篇，发明专利30余项。 2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 5
TUT-Liang Weiguo 18
一. 注热、注气强化煤层瓦斯抽采 理论、技术及应用。
具 体 研 究 方 向
二. 褐煤原位注热脱水与提质改性 的理论、技术及应用。
三. 盐岩溶腔油气储库建造、难溶盐 矿原位溶浸开采理论与技术。 四. 油页岩原位注热开采油气理论 与技术。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
理论基础：多孔介质多场耦合 作用理论
原 理位 论改 与性 技采 术矿
应用一：矿岩改性高产高效 安全采矿 应用二：煤层改性煤层气开 采与储运技术
应用三：固体矿物流体化开 采（盐类矿床）
2015-4-17 TUT-Liang Weiguo 7
理论基础：多场耦合数学模型
• 流体运移：
• 溶质扩散：
V 1 p Vi Vj i xi t x j
第十一届全国青年岩石力学与工程学术大会，中国青岛
原位改性采矿理论与技术
梁卫国 太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室 2011-11-19
汇报提纲
原位改性采矿基本概念
原位改性采矿理论与技术
目前开展研究工作
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
2
1. 原位改性采矿概念
33 30 27 24
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
13
成果三：针对我国煤层瓦斯“三低一高”
难抽采问题，研究成功水力割缝改造低渗透 煤层强化瓦斯抽采的成套技术与装备，2010 年鉴定达国际领先水平；在潞安、阳泉应用 证明，瓦斯抽采率提高2.3倍以上。
2015-4-17
TUT-Liang Weiguo
C C ( Dij ) (CVi ) I t xi x j xi
• 热量传输：
( w cvwTw ) w 2Tw ( w c pwTw k fi p,i ) ,i Q( x, y. ) t
• 固体变形： ( ( p, ) ( p, ))u j ,ij ( p, )ui, jj Fi 0 • 矿物溶解： Vs A0 f (C,Tw )