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《中国矿业大学》 2017年
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窄条带气化工艺适应性综合评价与覆岩变形规律研究

王建华  
【摘要】:煤炭地下气化是以地下原位煤炭资源为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气等作为气化剂,在一定温度和压力下通过物理和化学反应将固体煤炭流体化开采的一种新技术。本文采用现场调研、文献查阅、理论研究、数值模拟和工程应用相结合的技术路线,系统的对使用窄条带地下气化工艺的资源地质条件适应性及覆岩移动变形规律研究,旨在解决使用该工艺技术时的采区选址及覆岩稳定控制。并取得如下创新成果:(1)在深入分析地质条件对地下气化影响作用机理的基础上,利用云模型的基本理论提出了一种基于云模型的综合评价方法,该方法首先通过参考相关文献与专家调查相结合的方式,筛选出对煤炭地下气化有影响的地质因素作为评价因子构建评价指标体系并确定其权重;其次,采用专家评分的方式构建二级评价因子云模型;而后,采用浮动云和综合云算法分别对二级评价云和一级评价云进行集结获得综合评价云;最后,以云图的方式将综合评价云与评价标准概念云进行对比,得到评价结果。在二级评价因子云模型的构建过程中,为减小专家评分的盲目性,通过指定了部分二级评价因子的评分指标和评分标准对该过程进行了优化。(2)建立了第一类边界条件下的温度场在顶底板岩层、周围煤层以及气化煤层内的一维热传导方程,并利用拉普拉斯变换及其逆变换公式求得所对应条件下的数学解析解函数。通过参数赋值后得出:在非稳态阶段,温度逐渐由火焰工作面向气化煤层内传播,但传播速度在逐渐减小并最终趋于稳定状态。气化煤层内温度场由非稳态过渡到稳态所用的时间与火焰工作面推进速度成反比,推进速度越快,所用时间越短,反之则越长。在稳定阶段,气化煤层内温度场传播范围随着火焰工作面推进速度的增大呈减小趋势。在升、降两个阶段中,顶底板围岩及周围煤层内的温度场随着时间的推移,逐渐向顶底板围岩及周围煤层内部传播,但由于有降温阶段的存在,顶底板围岩及周围煤层内各点温度呈现先增大后减小的趋势,各时刻温度场峰位置值由边界位置向内部转移,且峰值逐渐减小。(3)建立了单条带、两条带和三条带气化炉开采条件下关键层的热力耦合固支梁模型,并在模型中考虑了温度场存在对覆岩热物性参数及周围煤层弹性地基系数的影响。通过参数赋值后得出:任意开采条带数量下,在每个燃空区范围内都会出现挠度极值,受温度场影响,挠度极值随时间的变化具有相同的变化规律,即随时间的增大,挠度极值先增大后减小;在每个燃空区范围内都会出现正弯矩极值,而在每个留设煤柱两端范围内会出现负弯矩极值,不同开采条件下的弯矩极值随时间的变化具有相同的变化规律,即随时间的增大,先增大后减小。(4)关键层垂直围岩下沉规律软件模拟结果与理论计算结果相同,随着时间的增加,位移值逐渐增大;软件模拟与理论计算最大下沉值对比得出,二者差别较小,因此,文中理论推导结果可以用以预测气化开采过程中关键层顶板下沉规律。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD325;TD353

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