煤炭地下气化高温烧变围岩移动破坏机制研究  

Study on high temperature burnt surrounding rock movement and failure mechanism in underground coal gasification

作　　者：刘潇鹏 LIU Xiaopeng(School of Spatial Information and Surveying Engineering Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232001,China)

机构地区：[1]安徽理工大学空间信息与测绘工程学院,安徽淮南232001

出　　处：《岩石力学与工程学报》2022年第7期1512-1512,共1页Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52104172);安徽省自然科学基金资助项目(2108085QE207);安徽理工大学校级重点项目(xjzd2020–13)。

摘　　要：煤炭地下气化是煤炭资源绿色开采、清洁利用的重要技术手段之一。但目前仍处于开发研究的早期阶段,大规模推广应用仍然存在诸多问题需要进一步研究。本文针对煤炭地下气化过程中气化燃空区围岩的高温烧变特征及其移动破坏规律、煤炭地下气化采场气化炉–隔离煤柱的设计方法、地表沉陷的预计方法展开了系统的研究,取得了以下成果:(1)研究总结了煤系地层常见的泥岩–砂岩高温烧变特征,并对煤炭进行了高温–冷却环境下力学实验,实验结果为:在100℃以下煤炭表现出脆性;当温度达到200℃及以上后,煤炭表现出延性,当压力达到抗压强度的极限后,煤炭呈屈服流动状态。煤炭的力学参数随着温度的升高整体表现出增强–急剧减弱–稳定3个阶段的变化特征。(2)建立了温度–热学参数耦合变化的煤炭地下气化围岩内部温度场的扩散模型,基于乌兰察布煤炭地下气化实验区条件,计算煤炭地下气化过程中温度场在顶板内部的传播范围为11.4 m,底板内部传播范围为9.3 m,两侧煤壁的传播范围为9.6 m。基于煤岩力学特性随温度变化规律的研究成果,建立了基于动态参数的燃空区烧变围岩移动破坏的数值模拟方法,为研究煤炭地下气化围岩移动破坏机理打下了坚实的基础。(3)利用FLAC3D进行数值模拟发现,改变煤炭地下气化围岩移动破坏特征的主要原因是高温引起的煤岩力学特性变化,热应力在整个过程中影响较小。通过3DEC离散元模拟发现,气化开采时顶板垮落带高度与裂隙带高度及顶板的下沉量都大于传统开采。气化炉稳定条件下,随着采区气化面数目的增多,覆岩破坏高度及煤柱塑性区域的宽度都有所增加,但变化较小;同一采区内,采出率接近50%后,气化采场稳定性快速衰减,极易造成顶板失稳。气化炉宽度大于24 m时,基本顶开始破断。因此,气化炉宽度设

关 键 词：采矿工程 煤炭地下气化 燃空区高温特征 煤岩烧变 围岩变形破坏 地表沉陷 

分 类 号：TD32[矿业工程—矿井建设]