热固耦合模拟：煤炭地下气化岩石温度与应力研究

"该研究通过COMSOL软件对岩石在单向加热和轴向约束条件下的热固耦合效应进行了数值模拟，以揭示煤炭地下气化过程中覆岩的温度、应力和塑性区分布变化。研究发现，岩石温度随时间非线性升高，温度梯度在高度方向显著，随着时间推移逐渐减小；主要应力集中在岩石下端面和周围区域，塑性区主要位于试件下部1/6的高度范围内，呈现扁平状孤岛形态；下端面圆周区域出现应力拉伸，径向应变最大。这些模拟结果对于理解砂岩石在热损伤破裂方面的特性具有重要意义。" 本文是关于煤炭地下气化覆岩在热固耦合条件下的研究，属于行业研究领域。作者利用COMSOL这一专业软件，模拟了单向加热和轴向约束对岩石的影响，以探索温度、应力和塑性变形的演变规律。这种模拟方法在地质力学和矿业工程中具有广泛的应用价值，能够为煤炭地下气化的安全操作提供理论依据。 首先，研究指出，在单向加热条件下，岩石内部的温度分布不均匀，沿着高度方向呈现出较大的温度梯度。随着加热时间的增加，尽管整体温度上升，但温度梯度却在减小，这可能与岩石的热传导性质和热量散失有关。这种现象对于预测和控制煤炭地下气化过程中的热量分布至关重要。 其次，岩石受到的主应力主要集中在下端面和其附近的圆周区域，这可能导致局部应力集中和潜在的结构破坏。同时，塑性区主要出现在试件下部1/6的高度范围内，形成扁平状的孤岛塑性区，这揭示了岩石在热载荷作用下的局部软化行为。了解塑性区的分布对于评估岩石的稳定性，防止因热损伤引发的破裂事故具有实际意义。 此外，研究还发现下端面圆周区域存在应力拉伸，径向应变达到最大，这可能导致岩石结构的径向扩张，进一步影响覆岩的完整性。这些发现对于优化地下气化过程中的热控制策略，防止因热应力导致的地质灾害具有指导作用。 该研究通过热固耦合数值模拟，深入探讨了岩石在特定工况下的热力学响应，为煤炭地下气化工程的安全运行提供了理论支持。这些研究成果不仅有助于提高煤炭资源的开采效率，还能有效预防因热诱导的地质问题，对于推动煤炭行业的可持续发展具有积极意义。