【摘要】：無井式雙通道煤炭地下氣化通過一系列熱化學反應直接將地下的煤炭資源轉(zhuǎn)換為清潔油氣資源和化工原料,減少了灰渣等固體廢棄物的排放,實現(xiàn)了煤炭資源的高效清潔、低碳化利用,符合綠色開采。本文以烏蘭察布某礦地質(zhì)采礦條件為原型,采用理論分析、數(shù)值模擬實驗及相似材料模擬實驗的方法,分析了無井式雙通道煤炭地下氣化完成穩(wěn)定后巖層與地表移動變形規(guī)律,取得主要研究成果如下:1)通過查閱文獻及理論分析研究,揭示了近理想狀態(tài)下無井式雙通道煤炭地下氣化完成后的燃空區(qū)形態(tài)近似為“梯形”,形成的隔離煤柱近似呈“倒梯形”。2)采用數(shù)值模擬實驗研究了無井式雙通道煤炭地下氣化完成后不同尺寸效應下的頂板移動變形規(guī)律及隔離煤柱塑性區(qū)分布特征;對比分析了無井式雙通道煤炭地下氣化工藝與單通道“條采-面采”后退式氣化工藝的差異,揭示了前者的頂板及地表移動變形和隔離煤柱最大垂直應力更小,從側(cè)面證明了無井式雙通道煤炭地下氣化工藝的可行性。3)采用相似材料實驗研究了無井式雙通道煤炭地下氣化的巖層移動變形規(guī)律;揭示了燃空區(qū)頂板巖層應力場及隔離煤柱應力場動態(tài)變化規(guī)律,為隔離煤柱設計奠定了理論基礎。4)通過理論分析研究了“倒梯形”隔離煤柱承載機理,并通過數(shù)值模擬實驗揭示了無井式雙通道煤炭地下氣化完成后不同尺寸效應下隔離煤柱的應力分布規(guī)律,提出了一種簡化的“倒梯形”隔離煤柱穩(wěn)定性計算與評價方法。5)通過數(shù)值模擬分析了無井式雙通道煤炭地下氣化完成后不同尺寸效應下的地表沉陷規(guī)律,并與常規(guī)條帶開采下概率積分法預計模型參數(shù)進行對比分析,探討了基于“實際采厚”的無井式雙通道煤炭地下氣化地表沉陷預計方法。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD841;TD325
【圖文】：

、矸石等廢棄物直接留在燃燒區(qū)域，并產(chǎn)生可燃性氣體的過程。無井式煤炭氣化利用定向鉆孔技術(shù)獲得進氣（料）通道、產(chǎn)氣通道等，并通過點火點進炭的燃燒，一系列操作全在地面進行，因此我們無法直接有效的觀察與測量式煤炭地下氣化完成后所形成的燃空區(qū)形態(tài)，而了解和熟悉無井式煤炭地下燃空區(qū)的形態(tài)是進行其巖層移動規(guī)律模擬研究的基礎。因此本章節(jié)在分析了研究區(qū)域的交通概況、地層概況及煤層概況的前提下，通過查閱相關(guān)研究文獻行數(shù)學模型建立與理論分析相結(jié)合的方法，得到了理想狀態(tài)下無井式雙通道地下氣化完成后的燃空區(qū)形態(tài)和隔離煤柱形態(tài)；并在此基礎上分析了無井式道煤炭地下氣化高溫效應影響下巖體力學參數(shù)變化的范圍。.1 研究區(qū)域簡介（Study Area Introduction）.1.1 位置與交通概況礦區(qū)的地理位置優(yōu)越，公路、鐵路貫穿東南西北，交通極為便利，是我國要交通樞紐，對礦區(qū)的相關(guān)勘查工作及開采后煤炭資源的運輸提供了很好的，具體如圖 2-1 所示。

燃燒時間不夠充分，導致燃空區(qū)近似為一個火車頭形狀，其邊界輪廓近似符合瑞利函數(shù)分布，對公式（2-1）-（2-4）進行瑞利函數(shù)數(shù)學模型擬合，得到公式（2-5）和公式（2-6），并通過Matlab進行三維數(shù)學模型建立，具體如圖2-3所示。正向長度擬合公式為：0.25 0.52 0.580.02L WF D Q t (2-1)反向長度擬合公式為：0.25 0.22 0.350.28L WB D Q t(2-2)寬度擬合公式為：0.24 0.29 0.220.19WW D Q t(2-3)氣化方向氣化方向氣化區(qū)域氣化區(qū)域進氣井產(chǎn)氣井點火井點火井進氣井產(chǎn)氣井

圖 2-5 無井式雙通道煤炭地下氣化燃空區(qū)三維形態(tài)模擬圖[93]Figure 2-5 3D combustion cavity simulation of P-CRIP UCG without shaft style[93]2.2.3 溫度場分布規(guī)律無井式煤炭地下氣化工藝與傳統(tǒng)井工開采的最大區(qū)別就在于前者氣化過程中燃空區(qū)圍巖的巖體力學參數(shù)在高溫作用下會產(chǎn)生較大的變化，尤其是彈性模量和抗壓強度。通過查閱烏蘭察布某礦區(qū)實測資料及相關(guān)文獻成果[94]可知，無井式煤炭地下氣化溫度場影響范圍主要在頂?shù)装宀糠謪^(qū)域及燃空區(qū)兩側(cè)煤柱部分區(qū)域內(nèi)，因此本文主要總結(jié)了燃空區(qū)底板砂質(zhì)泥巖、頂板砂質(zhì)泥巖和頂板粉砂巖的彈性模量及抗壓強度參數(shù)隨溫度的變化情況，如圖 2-6 所示。3040506070Mp/a底板砂質(zhì)泥巖頂板砂質(zhì)泥巖頂板粉砂巖

【參考文獻】

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本文編號：2800033