煤炭地下气化对顶板热应力及稳定性的影响研究

"煤炭地下气化温度场动态扩展对顶板热应力场及稳定性的影响" 本文主要探讨了煤炭地下气化过程中煤层温度场动态变化对顶板热应力场及稳定性的影响。煤炭地下气化是一种新型的煤炭开采技术，通过在煤层内部引发化学反应，将煤炭转化为可燃气体，同时产生热量。在这一过程中，煤层温度场的动态扩展对顶板的力学特性有着显著的影响。 作者通过使用相似材料构建的大尺度顶板模型模拟了内蒙古乌兰察布褐煤层的顶板泥质软岩，以此来研究煤层温度场在不同阶段（氧化区培育阶段和气化阶段）对顶板应力场的影响。实验结果显示，在模型实验中，顶板由于热效应产生的最大热应力可以达到1.5 MPa，这表明温度升高显著增加了顶板的应力状态。 在氧化区培育阶段，煤层温度场沿着通道轴线的平均扩展速率为0.018 m/h，而在气化阶段则提高到0.0289 m/h。相应的，顶板热应力场沿通道轴线的扩展速率分别达到了0.015 m/h和0.027 m/h。这一现象揭示了顶板热应力场的扩展速率随着煤层温度场的扩展而逐渐增加，且两者之间的关系在氧化区培育阶段和气化阶段有所不同。 在氧化区培育阶段，煤层温度场的主扩展方向与裂隙方向一致，这导致顶板应力场的扩展受到温度场和热扩散的双重影响。随着时间的推移，顶板热应力场的扩展速率越来越接近煤层温度场的扩展速率。此外，研究还发现，当泥岩顶板受到高温作用时，会在垂直于气化通道的方向上形成稳定的拱形结构，这种结构有助于保持顶板在该方向上的区域稳定性，防止因热应力过大而导致的顶板破裂或坍塌。 煤炭地下气化过程中的温度场动态变化对顶板的热应力场产生了显著影响，这些热应力可能导致顶板应力状态的变化，并可能影响顶板的稳定性。因此，在实际的煤炭地下气化操作中，必须充分考虑和控制顶板的热应力，以确保开采的安全性和效率。此外，通过优化气化工艺和采取适当的工程措施，如加强顶板支撑，可以有效减轻热应力对顶板稳定性的影响，从而实现安全、高效的煤炭地下气化开采。