煤炭地下氣化燃空區(qū)擴展及頂板穩(wěn)定性研究.pdf

1、煤炭地下氣化是一項新的煤炭開采技術(shù),具有安全性好、投資少、見效快、污染少等優(yōu)點。煤炭地下氣化過程頂板穩(wěn)定性對于氣化過程非常重要,但目前研究較少,一方面在于氣化過程是封閉的,很難測得氣化圍巖溫度分布情況;另一方面巖石的力學(xué)性質(zhì)與溫度關(guān)系較為復(fù)雜。論文通過理論分析、物理相似試驗及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對上述問題進行了初步研究,得到相應(yīng)成果。
　　(1)燃燒貫通頂?shù)装逯?將氣化通道截面近似成圓形,得到了在地應(yīng)力、溫度及氣化壓強共同作用下

2、圍巖應(yīng)力分布特征,研究認為氣化壓強對圍巖的控制作用較小,在整個地下氣化過程中地應(yīng)力與熱應(yīng)力對塑性區(qū)的擴展起主要作用。
　　(2)理論分析溫度對有均布載荷作用固支梁內(nèi)應(yīng)力分布的影響,認為溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力會抵消梁內(nèi)的拉應(yīng)力,同時增大壓應(yīng)力;且在煤炭地下氣化過程老頂極限跨距的大小取決于巖石極限抗拉強度降低及熱應(yīng)力增加的相對情況。
　　(3)隨著氣化推進,燃空區(qū)頂板溫度分布呈現(xiàn)出不同的特征,可將其分為3個階段:溫度場初始變化階段、垮

3、落擾動階段及平穩(wěn)階段。燃空區(qū)頂板巖層間的離層、破斷會對巖層溫度值及溫度梯度產(chǎn)生影響,但對溫度擴展范圍影響不大。
　　(4)數(shù)值分析了煤炭地下氣化過程采場圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,研究認為熱應(yīng)力的存在改變了圍巖垂直應(yīng)力的分布狀態(tài),使應(yīng)力集中更加明顯,且因巖石性質(zhì)受溫度的影響,圍巖垂直應(yīng)力等值線呈鋸齒狀。氣化過程燃空區(qū)頂?shù)装逦灰票瘸Ｒ?guī)開采要大得多,主要是因為溫度改變了巖石的力學(xué)性質(zhì)同時還增加了巖石的熱膨脹變形值。
　　(5)圍巖塑性區(qū)擴