无井式双通道煤炭地下气化岩层移动规律模拟研究

发布时间：2020-08-22 00:27

【摘要】：无井式双通道煤炭地下气化通过一系列热化学反应直接将地下的煤炭资源转换为清洁油气资源和化工原料,减少了灰渣等固体废弃物的排放,实现了煤炭资源的高效清洁、低碳化利用,符合绿色开采。本文以乌兰察布某矿地质采矿条件为原型,采用理论分析、数值模拟实验及相似材料模拟实验的方法,分析了无井式双通道煤炭地下气化完成稳定后岩层与地表移动变形规律,取得主要研究成果如下:1)通过查阅文献及理论分析研究,揭示了近理想状态下无井式双通道煤炭地下气化完成后的燃空区形态近似为“梯形”,形成的隔离煤柱近似呈“倒梯形”。2)采用数值模拟实验研究了无井式双通道煤炭地下气化完成后不同尺寸效应下的顶板移动变形规律及隔离煤柱塑性区分布特征;对比分析了无井式双通道煤炭地下气化工艺与单通道“条采-面采”后退式气化工艺的差异,揭示了前者的顶板及地表移动变形和隔离煤柱最大垂直应力更小,从侧面证明了无井式双通道煤炭地下气化工艺的可行性。3)采用相似材料实验研究了无井式双通道煤炭地下气化的岩层移动变形规律;揭示了燃空区顶板岩层应力场及隔离煤柱应力场动态变化规律,为隔离煤柱设计奠定了理论基础。4)通过理论分析研究了“倒梯形”隔离煤柱承载机理,并通过数值模拟实验揭示了无井式双通道煤炭地下气化完成后不同尺寸效应下隔离煤柱的应力分布规律,提出了一种简化的“倒梯形”隔离煤柱稳定性计算与评价方法。5)通过数值模拟分析了无井式双通道煤炭地下气化完成后不同尺寸效应下的地表沉陷规律,并与常规条带开采下概率积分法预计模型参数进行对比分析,探讨了基于“实际采厚”的无井式双通道煤炭地下气化地表沉陷预计方法。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD841;TD325
【图文】：

概况,位置,无井式,燃空区

、矸石等废弃物直接留在燃烧区域，并产生可燃性气体的过程。无井式煤炭气化利用定向钻孔技术获得进气（料）通道、产气通道等，并通过点火点进炭的燃烧，一系列操作全在地面进行，因此我们无法直接有效的观察与测量式煤炭地下气化完成后所形成的燃空区形态，而了解和熟悉无井式煤炭地下燃空区的形态是进行其岩层移动规律模拟研究的基础。因此本章节在分析了研究区域的交通概况、地层概况及煤层概况的前提下，通过查阅相关研究文献行数学模型建立与理论分析相结合的方法，得到了理想状态下无井式双通道地下气化完成后的燃空区形态和隔离煤柱形态；并在此基础上分析了无井式道煤炭地下气化高温效应影响下岩体力学参数变化的范围。.1 研究区域简介（Study Area Introduction）.1.1 位置与交通概况矿区的地理位置优越，公路、铁路贯穿东南西北，交通极为便利，是我国要交通枢纽，对矿区的相关勘查工作及开采后煤炭资源的运输提供了很好的，具体如图 2-1 所示。

燃空区,三维数学模型,拟合公式,气化区

燃烧时间不够充分，导致燃空区近似为一个火车头形状，其边界轮廓近似符合瑞利函数分布，对公式（2-1）-（2-4）进行瑞利函数数学模型拟合，得到公式（2-5）和公式（2-6），并通过Matlab进行三维数学模型建立，具体如图2-3所示。正向长度拟合公式为：0.25 0.52 0.580.02L WF D Q t (2-1)反向长度拟合公式为：0.25 0.22 0.350.28L WB D Q t(2-2)宽度拟合公式为：0.24 0.29 0.220.19WW D Q t(2-3)气化方向气化方向气化区域气化区域进气井产气井点火井点火井进气井产气井

模拟图,燃空区,无井式,煤炭地下气化

图 2-5 无井式双通道煤炭地下气化燃空区三维形态模拟图[93]Figure 2-5 3D combustion cavity simulation of P-CRIP UCG without shaft style[93]2.2.3 温度场分布规律无井式煤炭地下气化工艺与传统井工开采的最大区别就在于前者气化过程中燃空区围岩的岩体力学参数在高温作用下会产生较大的变化，尤其是弹性模量和抗压强度。通过查阅乌兰察布某矿区实测资料及相关文献成果[94]可知，无井式煤炭地下气化温度场影响范围主要在顶底板部分区域及燃空区两侧煤柱部分区域内，因此本文主要总结了燃空区底板砂质泥岩、顶板砂质泥岩和顶板粉砂岩的弹性模量及抗压强度参数随温度的变化情况，如图 2-6 所示。3040506070Mp/a底板砂质泥岩顶板砂质泥岩顶板粉砂岩

【参考文献】