煤炭地下气化燃空区动态演变下多场演化特征
尹大伟1
苑啸天1
周广磊1
辛林2
周泽森1
王子涵1
1.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665902.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590
摘要：煤炭地下气化作为一种洁净煤综合利用技术,已成为"双碳"背景下煤炭无害化开采技术创新战略方向.为研究煤炭地下气化过程覆岩温度场、位移场及损伤场多场耦合变化规律,以山东某煤矿煤炭地下气化工程区域地质和生产条件为研究背景,首先开展了煤炭地下气化区域岩石力学特性试验,获得了不同岩性岩石试样的物理力学参数及热力学参数;其次开发了煤炭地下气化覆岩多场耦合数值模拟方法,该方法以最大拉应力准则及摩尔库仑准则作为损伤破坏准则,考虑了煤炭地下气化过程中燃烧点移动、燃空区形成过程应力平衡及燃空区降温的特点,给出了煤炭地下气化覆岩移动及损伤破坏过程数值求解方法;基于此方法研究了气化方向和垂直于气化方向覆岩温度场、位移场和损伤场耦合演化规律.结果表明:煤炭地下气化过程中,随着气化过程的进行高温影响范围先增大后减小,传播速率减慢,高温最终影响范围顶底板为5.4m,巷道两帮为4.9m;工程开始后,直接顶发生上移,表明了高温对气化巷道顶板承载能力具有一定程度的强化作用,地层冷却至室温后,煤层直接顶垂直位移达257.18 mm;随着气化工程的进行,气化巷道顶板发生明显拉伸损伤,顶板处的损伤破坏范围大于底板和两帮处,当工程进行至第150 d时,巷道围岩损伤区总体上呈近似"蝶形"分布;煤炭地下气化结束时,1号气化巷道顶板损伤高度为12.38 m,2号巷道顶板损伤高度为11.14 m,工程理论设计的15 m宽煤柱可保证气化采场的稳定性.
关键词：煤炭地下气化多场耦合损伤演化温度场覆岩移动
分类号：TD82(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52204098)国家自然科学基金(52274128)泰山学者工程专项经费资助项目(tsqn202306199)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 3100-3114 )
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