煤炭地下气化中工作面顶板应力分布的研究.pdf

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1、·46·Sich眦n8u1i．lJ．~．材Mater}nts第203171卷年总第1563期期2011年10月煤炭地下气化中工作面顶板应力分布的研究郑慧慧，厉玲玲，刘希亮(1．商丘师范学院建筑与土木工程学院，河南商丘476000；2．河南理工大学土木工程学院，河南焦作454003)摘要：本文运用有限元软件，对煤炭地下气化和煤0前言炭开采的整个过程进行了模拟，得出了煤炭地下气化过程中，顶板应力和应力峰值随工作面推进距离的曲线图，并煤炭地下气化是一种利用多学科知识的综合性生产能将其结果与传统煤炭开采的结果进行对比。结果表明：煤源的新技术——将地下煤炭在原地转变

2、为可燃气体。它具炭地下气化过程中，工作面顶板垂直应力呈指数关系，煤有投资少、见效快、用人少、成本低、效益高等优点⋯。炭开采呈线性增长，前者应力集中系数比后者大；随着工同时，煤炭地下气化技术被公认为千米以下深部煤层和常作面的推进，两者的应力峰值距煤壁的距离和影响范围都规方法不能开采的煤层最有效的开采方法之一。煤炭地下逐渐增大；煤炭地下气化出现两次应力峰值，第一次应力气化的产品不仅可以直接作为工业和民用燃料，而且还可峰值呈不断上升的趋势，第二次应力峰值与煤炭开采中有用来发电，作为化工原料。因此，煤炭地下气化的大力推相同的变化规律，有形成、发展和稳定的动态变化过

3、程。广在我国有重大的经济、社会和环境效益。关键词：煤炭地下气化；数值模拟；工作面顶板；应煤炭地下气化与传统的煤炭开采的区别在于，在煤炭力分布地下气化过程中，煤层顶底板岩层要经受1200oC以上的高中图分类号：TU375文献标识码：A温烘烤作用⋯，在这个过程中热源(燃烧的煤层)是随着时文章编号：1672—4011(2011)05～0046—03间的推移和空间的变化不断移动的过程，需要考虑应力场和温度场的耦合作用。国内外大量学者对传统煤炭开采顶NumericalSimulationResearchonStress板岩层矿业现显和覆岩彼坏规律进行了研究，而对于d

4、istributionofworkingfaceroofinUnderground煤炭地下气化过程中，顶板岩层的应力分布规律研究很少。CoalGasificationProcess本文是运用有限元软件，结合煤炭地下气化的背景，运用ZHENGHuihui，LILingling，UXiliang传热学、矿山压力和弹塑性力学知识，对煤炭地下气化过(1．DepartmentofArchitectureandCivilEngineering，Journalof程中，顶板岩层工作面前方的应力分布规律进行研究，并ShangqiuTeachersCollege，Shang

5、qiu，Henan，476000，Chi—将其与煤炭开采进行对比，得出了工作面推进不同距离时net；2．DepartmentofCivilEngineering，HenanPolytechnicU-顶板岩层的应力分布曲线图，这对煤炭地下气化的推广具nivemity，Jiaozuo，Henan454003，China)有理论和实践意义。1煤炭地下气化模型的建立Abstract：Thefiniteelementsoftwarewasusedtosimula-tionthewholeprocessoftraditionalcoalminingandundergr

6、ound1．1基本假设coalgasification，obtainedthestressandpeakstressgraphof岩体和煤层按照各项同性均质体考虑；将热源(燃烧的workfaccfrontaswork：facedriving，andtheresultsoftheunder—煤层)假设为恒温；不考虑温度对质量密度、泊松比、粘聚groundcoalgasificationandtraditionalcoalminingresultswere力等的影响。compared．Theresultsshowedthat：theve~icalstresso

7、fworking1．2几何尺寸及边界备件的确定faceroofinundergroundcoalgasificationprocesswasindexand计算模型选用弹塑性平面应变模型，计算平面沿煤层thetraditionalcoalminingwaslineargrowthandtheformerstress燃烧(开挖)方向布置，煤层呈水平状态，煤层气化长度concentrationfactorwasbiggerthanthelatter；alongwiththe(开挖)为200m，厚度为6m，煤层顶板上方取100m，底workfacedriving

8、，bothofthepeakStressfromthedistan