迎接深部开采高地温环境的挑战——岩石真三轴试验机地温模拟平台研究

摘要

为迎接深部开采高地温环境的挑战,提高真三轴试验设备的高地应力—高地温耦合能力,开展了岩石真三轴试验机地温模拟平台的研发工作。通过建立数值模拟(COMSOL)、变异系数法(RSD)与多属性决策问题理想解法(TOPSIS)相结合的真三轴高地应力—高地温耦合加载方案评估体系,对3种加温方案进行综合指标评估和方案优选。为了取得贴近实际情况的最佳试验效果,选取岩石表面加温均匀度、加压杆水冷外侧散热量、岩样平均升温速率、加压板应变值和经济成本作为评估方案优劣的5项基础评价指标。运用COMSOL Multiphysics仿真软件模拟3种加温方案,通过变异系数法,将模拟所得的数据进行客观赋值,并将相应的指标数值代入TOPSIS模型中进行综合评价。结果显示:六面加热棒加温、环状加热器加温和液体传热加温3种方案综合评价指数分别为0.4288、0.9447和0.5532,环状加热器加温的方式与正理想解贴近度达到0.9447,为最优决策。该评估体系将理论方法、数值计算与数值模拟相结合,为寻找最优的真三轴试验设备加温方案提供了可靠的理论依据和试验基础,对当前深部岩石开采所需的高地应力—高地温耦合能力的仪器研究具有指导意义。