煤炭地下气化多场耦合数值模拟程序开发及多场演化规律

开发了一种多场耦合作用下煤炭地下气化的数值模拟程序和方法,基于ABAQUS软件中DFLUX、HETVAL、USDFLD三个子程序同时进行了热-力-化学-位移的多场耦合计算。以贵州省盘州市山脚树煤矿12号煤层第1气化工作面为工程背景,通过该数值模拟方法实现了煤炭地下气化初期点火装置对煤体加热的模拟;实现了注入点不断后退移动下,煤体自燃引发的化学热变化的模拟;实现了煤气化反应后空腔形成的模拟。最后分析了山脚树煤12号煤层气化反应后温度场-应力场-位移场的演化规律。结果表明,温度场演化趋势整体先增后减,随气化点的后退移动依次达到温度峰值,上覆岩层在热传导影响下温度传导范围逐渐扩大,气化120 d后,温度整体传导范围近似泪滴形状,且随着高度的增加,上覆岩层的温度变化略微延迟,温度也逐渐降低;上覆岩层在高温环境下应力重分布,气化120 d后,上覆岩层的拉应力区近似呈现为“凹”形,下伏岩层的拉应力区近似呈现为“T”形,不同高度处岩层的应力演化规律差异较大,燃空区与直接顶交界面处岩层受空腔形成的影响,应力集中现象随着气化工作面的推移逐步发生;上覆岩层整体下沉,沉降量先增再减后趋向稳定,岩层的变形程度...     

煤炭地下气化温度场和裂隙场的演化规律

对国内某煤炭地下气化现场气化煤层的顶底板岩石不同温度下的热力学参数资料进行了收集整理,建立了岩石及煤比热容和导热系数随温度变化的拟合曲线方程,并采用COMSOL模拟了研究区地下气化的温度场分布。根据温度场模拟结果运用FLAC~(3D)软件对研究区的覆岩裂隙场进行了数值模拟,证明了数值计算模型及其结果的合理性。     

煤炭地下气化过程中温度场及其传热特征研究进展

煤炭地下气化(UCG)技术作为一种环境友好的采煤方法,可被用来开发深部煤层与矿井遗留的煤炭资源.当地下气化时,随着气化时间的推移,煤炭在煤层内部"燃烧"逐渐形成气化炉,炉内温度最高可达1200℃.从UCG过程中的放热反应出发,综述了热量来源、温度场的变化及其传热特征等,总结了研究温度场的重要手段.分析认为,UCG是一个...     

煤炭地下气化模型试验温度测试系统

论述了煤炭地下气化模型温度测试系统的原理及组成，并通过试验证明该系统稳定可靠，可实时测量气化温度场的变化，同时绘出直观的温度场变化曲线，为试验人员及时了解气化温度场的变化提供了有力手段。     

煤炭地下气化过程产气特征数值模拟研究

为了提高煤炭地下气化产气效率,采用数值模拟方法,建立了煤炭地下气化通道数值模型,研究了气化通道内产气组分的时空分布和可燃气体的热值特征。结果表明：气化产气过程可分为初始产气、中期产气和稳定产气三阶段,CO₂浓度在气化初期快速达到峰值,CO和H₂浓度则在气化中期快速增加,气化20d后通道内气体组分浓度分布和热值均趋于稳定;气化剂中氧含量对通道内CO₂和CO的浓度分布影响明显,对H₂影响相对较小;C的氧化反应、CO₂和水蒸气的还原反应同时存在于氧化区和还原区,随着气化剂中氧含量的提高,还原区范围逐渐扩大,CO和H₂的浓度逐渐升高;氧含量每增加20%,通道出口可燃气体热值增加约10%。模拟结果与工业性试验结果具有较好的一致性。     

不同体积分数氧气气化剂下煤炭地下气化过程■分析

开展煤炭地下气化过程中能量转化环节效率优化,有利于提高煤炭地下气化系统实际生产效率和经济性。利用煤炭地下气化模型试验系统,进行了不同气化剂氧气体积分数条件下的地下气化模型试验,并结合热力学第1定律和热力学第2定律建立了煤炭地下气化系统■评价模型。结合实际试验数据和物料平衡、热量平衡、■平衡等理论模型,分析了不同氧气体积分数的气化剂对煤炭地下气化系统■效率及不可逆■损的影响。结果表明,煤炭地下气化系统是具有较高有效能量转化效率的系统;气化剂氧气体积分数是影响煤炭地下气化系统■效率的主要因素之一。在气化剂氧气浓度为40%,60%和80%条件下,煤炭地下气化炉的综合■效率分别为67.47%,73%和78.52%,外供■效率分别为47.36%,61.00%和57.73%,不可逆■损分别为32.53%,27.00%和21.48%。提高氧气体积分数可以显著提高系统的■效率并降低不可逆■损失;在利用纯氧作为气化剂时,地下气化系统■效率可达到84.72%,外供■效率可达68.86%,不可逆■损可低至15.28%。对比地面气化系统,煤炭地下气化系统的有效能转换率大于高炉系统和发生炉系统、低于焦炉煤气的生...     

煤炭地下气化初步实践

介绍了进行煤炭地下气化半工业性试验的徐州矿务局卧牛山煤矿（原新河煤矿二号井）的地质条件、气化工业设计和近１０个月的试验效果，提出了今后的设想。     

煤炭地下气化覆岩温度场和裂隙场变化机制模拟研究

对我国内蒙古地区某煤炭地下气化研究区的气化煤层顶底板岩石试样进行了热物理参数的测定,并建立了各岩性岩石的比热容和导热系数随温度变化的拟合曲线方程,运用COMSOL Multiphysics软件对气化煤层覆岩的温度场情况进行了模拟,根据温度场的分布情况建立了阶段式的地下气化FLAC3D力学模型,通过调节对应温度的泥岩力学参数,实现了对顶板泥岩的温度反演,并得到了气化研究区的覆岩裂隙发育特征.将相应位置的裂隙高度实测值与模拟值进行对比,在5%的置信区间下R2值达到0.91,验证了所建立的力学模型的可靠性.     

煤炭地下气化技术

介绍了煤炭地下气化技术基础、国内外发展水平，及其在我国的应用，提出了需要继续研究的问题。可供煤炭地下气化工程设计研究参考。     

煤炭地下气化技术产业化研究

中国煤炭地下气化技术是针对我国国情提出来的新技术,这项技术的我国煤炭地下气化技术产业化奠定了基础,介绍了煤炭地下气化技术产业化的特点,产业化的目标定位和发展领域,提出实现产业化的关键是持续稳定地生产兼价煤气并获得规模效益。为此,应建立示范工程,创办工业园区。认为选择龙口矿务局北皂煤矿和梁家煤矿之间建立示范园区是适宜的。     

煤炭地下气化安全性分析

煤炭地下气化是在多变的自然环境中进行的，操作复杂，难度较大，因此，必须采取科学的安全措施。针对煤炭地下气化各阶段存在的安全隐患，提出了安全防范措施，并对不同生产时期气化工作面发生爆炸的可能性进行了理论分析。     

煤炭地下气化技术

介绍了煤炭地下气化的基本原理、应用地质条件、国内外发展概况以及与传统的井工开采煤炭相比的优越性。分析了实施煤炭地下气化所需解决的地下气化炉结构和气化工艺参数的选择、高温条件下煤和岩石物理化学性质的测试、物探测试和监控、大口径定向钻进等关键技术问题 ,提出了我国发展煤炭地下气化技术的对策。     

煤炭地下气化过程数值模拟研究进展

论述了煤炭地下气化过程数值模拟研究的进展及现状,分析了不同物理模型的形式、数学模型的特点及存在的不足,同时对其应用条件与假设进行了对比。最后展望了煤炭地下气化模型今后的研究方向。     

煤炭地下气化的走势

简述了世界和我国煤炭地下气化的发展态势 ,在此基础上 ,做出了目前世界煤炭地下气化处在徘徊不前 ,甚至削减形势的估计 ,以及我国向前发展的势头 ,明确了造成此种形势的基本原因和存在的问题 ,指出了煤炭地下气化的关键、难点和重点 ,并提出了我国发展煤炭地下气化的几点建议     

煤炭地下气化过程中温度-应力耦合作用下燃空区覆岩裂隙演化规律

进行了高温下泥岩和砂岩的热物理性质实验和单轴压缩实验,获得了不同温度下岩石比热容、导热系数、弹性模量和单轴抗压强度等基本物理力学参数。基于热力学与弹性力学理论,建立了考虑岩石损伤演化的温度-应力耦合作用控制方程,并以某煤炭地下气化现场的工程地质条件为背景,对温度-应力耦合条件下燃空区覆岩温度场和裂隙场的演化规律进行了数值模拟研究。最后,采用现场钻孔观测试验法对燃空区覆岩断裂带发育高度进行了探测。现场探测结果与数值模拟结果基本吻合,证明了数值计算模型及预测结果的合理性。