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煤炭地下气化的热环境下煤样内部构造变化及模型试验研究

2021-01-08苏发强于光磊高喜才范伟涛荆士杰王伟林

煤炭学报 2020年12期

苏发强,于光磊,高喜才,范伟涛,荆士杰,浦 海,王伟林

(1.河南理工大学 能源科学与工程学院,河南 焦作 454003; 2.西安科技大学 省部共建西部煤炭绿色安全开发国家重点实验室,陕西 西安 710054; 3.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221116; 4.山西潞安矿业(集团)有限责任公司,山西 长治 046204)

煤炭地下气化(UCG)为一种高效、安全、绿色的煤炭开采方式,简而言之,就是通过对地下的煤层进行有控制的燃烧使其发生类似地表气化炉的化学反应产生可燃气体(CO,CH4,H2等)[1-3]的过程。在煤炭地下气化(UCG)过程中,气化区煤层在燃烧及复杂应力作用下,内部会产生大量的裂隙、随着裂隙的扩展、集聚,气化区上部煤层将逐步垮落在气化通道上[4-5]。随着气化反应的进行,气化空间逐渐移动和扩大,当气化区不断扩大并形成一定规模时,上部煤层将会垮落,当垮落范围及规模较大时,上覆岩层将发生过量移动、破断,从而引起上覆岩层的移动和塌落,甚至导通地表,进而引发气体泄漏、地表沉陷和地下水污染等问题[6-9]。所以对地下气化区进行实时监测并准确评价气化过程中燃烧区的破坏活动,及时有依据地对相关参数做适当调整,才能避免过度破坏并有效控制气化的进程。因此对气化过程中煤岩破裂和裂隙扩展的实时监测技术的研究,对于现场煤炭地下气化的评价和控制具有十分重要的意义。

在对煤炭地下气化过程中气化区煤和围岩的破裂及气化空间演化规律方面,国内外学者进行了一系列研究。……

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