煤炭地下氣化燃空區(qū)擴(kuò)展及頂板穩(wěn)定性研究.pdf

1、煤炭地下氣化是一項(xiàng)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(diǎn)。煤炭地下氣化過程頂板穩(wěn)定性對(duì)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(cè)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(yàn)及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)上述問題進(jìn)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(qiáng)共同作用下

2、圍巖應(yīng)力分布特征,研究認(rèn)為氣化壓強(qiáng)對(duì)圍巖的控制作用較小,在整個(gè)地下氣化過程中地應(yīng)力與熱應(yīng)力對(duì)塑性區(qū)的擴(kuò)展起主要作用。
　　(2)理論分析溫度對(duì)有均布載荷作用固支梁內(nèi)應(yīng)力分布的影響,認(rèn)為溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)抵消梁內(nèi)的拉應(yīng)力,同時(shí)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(qiáng)度降低及熱應(yīng)力增加的相對(duì)情況。
　　(3)隨著氣化推進(jìn),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(gè)階段:溫度場(chǎng)初始變化階段、垮

3、落擾動(dòng)階段及平穩(wěn)階段。燃空區(qū)頂板巖層間的離層、破斷會(huì)對(duì)巖層溫度值及溫度梯度產(chǎn)生影響,但對(duì)溫度擴(kuò)展范圍影響不大。
　　(4)數(shù)值分析了煤炭地下氣化過程采場(chǎng)圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,研究認(rèn)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?yàn)闇囟雀淖兞藥r石的力學(xué)性質(zhì)同時(shí)還增加了巖石的熱膨脹變形值。
　　(5)圍巖塑性區(qū)擴(kuò)