同意煤矿地下气化燃空区充填覆岩移动规律研究

• 作 者: 许豫
• 出 处: 中国矿业大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 煤炭地下气化 燃空区 充填 覆岩移动 挠度

煤炭地下气化是将煤炭在地下原位直接进行燃烧气化,是一种自热式燃烧气化方式,气化炉内火焰工作面及燃空区的温度可达到1000°C以上,燃空区高温气流通过对流和辐射等传热方式加热采场围岩,可使围岩发生高温烧变。烧变后岩石的物理力学性质将发生很大的变化,将对地下气化采场围岩稳定性和气化炉运行安全性造成一定影响。煤炭地下气化燃空区充填,是对气化后燃空区范围内充填一定的胶结充填材料,以支撑顶板,控制地表下沉,减少上覆岩层裂隙数量和产生范围,减轻对气化炉密闭性的影响。充填材料也可以固结气化污染物,减少污染物的迁移,进而减少对地下环境的污染。本论文根据同意煤矿实际开采环境,总结国内先进的煤矿充填工艺,设计出适用于该矿的地下气化燃空区充填工艺。在矿井开采问题的求解过程中,对于小变形、低应力条件下的燃空区上覆岩层应力分布和岩层移动分析方面,根据相关矿压显现监测数据,弹性基础梁理论模型可以很好地吻合相关的矿压现象。因此,为了分析煤炭地下气化燃空区在充填和非充填条件下覆岩移动和变形规律,需要对含温度场的弹性基础梁模型进行覆岩移动规律的研究。本论文建立充填条件下含温度场弹性基础梁力学模型,考虑了燃空区围岩的热损伤,建立了含损伤基础的燃空区充填弹性基础梁模型,并求解覆岩挠度解析解。本论文根据同意煤矿实际地质环境,对比研究同意煤矿地下气化燃空区充填和非充填条件下覆岩挠度曲线的变化,得出充填和非充填条件下覆岩移动规律基本相同,但是充填条件下覆岩移动变形量有所减少,有利于覆岩移动控制,保证气化炉密闭性。本论文设计了同意煤矿地表及覆岩移动监测系统,用以监测地表及覆岩移动规律及移动变形量。验证理论计算的正确性,保证气化炉运行的可靠性。