高溫－熱學參數耦合效應下地下氣化圍巖溫度場擴展模擬研究

劉瀟鵬， 郭廣禮，董志勇，郭 超，周 峻，李懷展

（1.安徽理工大學 空間信息與測繪工程學院，安徽 淮南 232001；2.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116；3.山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030024）

0 引 言

煤炭地下氣化作為第2 代采煤方法，能夠將煤炭資源在地下原位轉化為可燃燒的氣體，實現煤炭開采的井下無人、井上無矸，同時與CO2捕獲與封存技術結合后還可減少溫室氣體的排放，能夠真正實現煤炭資源的綠色開發、清潔利用，是關閉礦山遺煤資源開發的重要途徑之一［1－4］。 經過近200 a 的發展，現代煤炭地下氣化采場采用類似于條帶開采的氣化面與煤柱間隔的帶狀布置，氣化過程中產生的1 000 ℃以上的高溫在氣化面圍巖內部的傳播，不但產生高溫熱應力還會造成煤巖的燒變，高溫－地應力－煤巖燒變的耦合效應下礦壓及覆巖變形破壞特征更為復雜，對后續氣氣化采場圍巖變形破壞特征、污染物富集與運移規律、地表沉陷規律及氣化采場設計造成一定的阻礙。

在煤炭地下氣化技術發展的各個階段，學者們利用現場監測、數值模擬、理論計算等多種手段對煤炭地下氣化采場圍巖的熱效應開展了研究。 Duba等［5］利用Electrical Resistivity Tomography（ERT）技術對地下氣化過程中圍巖溫度場變化進行了監測，認為巖層內部溫度變化在300 ～1 000 ℃，并發現利用此技術也可對燃空區形態的動態變化進行監測。唐芙蓉［6］運用Comsol Multiphysics 多相耦合數值模擬軟件來研究煤炭地下氣化燃空區覆巖的溫度場演化特征。 MOJTABA 等［7］為了研……