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煤炭地下气化热-力耦合作用下条带开采数值模拟研究

Numerical simulation of strip mining under thermal-mechanical coupling of underground coal gasification

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煤炭地下气化条带开采适应强,且有助于围岩稳定控制,应用前景良好.为研究地下气化热-力耦合作用下条带开采过程中燃空区围岩的温度场、应力场和位移场的演化规律,采用COMSOL Multiphysics对贵州盘江山脚树矿4号煤层地下气化条带开采进行了数值模拟,并对气化开采和常规开采后的围岩应力和变形特征进行了对比分析.结果表明:随着气化工作面推进,围岩体内部约2m区域的温度先升高后降低,温度传导范围一直呈扩大趋势,最大影响范围为10～12 m,温度在顶板中的传导范围最大,两侧煤体次之,底板最小.地下气化高温会在燃空区围岩体中产生热应力,导致地下气化条带煤柱所受垂直应力要明显高于常规开采的,并使燃空区悬露面、煤柱与顶底板交界面均承受水平压应力.燃空区邻近区域的顶底板位移趋势与常规的相同,但顶底板深部的位移则出现相反情况,即顶板上移、底板下沉.燃空区围岩的水平位移量明显大于常规条带开采的,且开采区域的左侧围岩体向左水平移动,右侧围岩体向右水平移动.地下气化条带开采过程中直接顶变形的波动幅度明显大于常规开采的,并在有煤体支撑的区域出现上移现象,其模型顶部岩层出现了整体上移现象,且其变形量大于常规开采的,说明地下气化过程中形成的热应力能一定程度上阻止覆岩的下沉变形.数值模拟结果可为地下气化条带开采的工程设计提供理论指导.

黄温钢、王作棠、夏元平、辛林

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东华理工大学 江西省数字国土重点实验室,江西 南昌 330013

中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 221116

东华理工大学 地球科学学院,江西 南昌 330013

东华理工大学 测绘工程学院,江西 南昌 330013

山东科技大学 矿业与安全工程学院,山东 青岛 266590

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煤炭地下气化 条带开采 热-力耦合 温度场 应力场 位移场

41962018SKLCRSM19KF024DLLJ202006

2022

10.13199/j.cnki.cst.2020-1384

煤炭科学技术
煤炭科学研究总院

煤炭科学技术

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：2.095
ISSN：0253-2336
年,卷(期)：2022.50(8)
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