一种UCG-CCS覆岩裂隙发育高度预测方法技术

一种UCG‑CCS覆岩裂隙发育高度预测方法。适用于煤炭气化活动后的二氧化碳燃空区封存裂隙发育高度的研究。其步骤为：1)根据无井式煤炭地下气化“双曲线”型隔离煤柱的结构特点，判断隔离煤柱形态；2)兼顾气化过程中的高温效应和煤柱的长期稳定性，构建煤柱二次剥离模型；3)通过分析耦合二氧化碳后的煤柱应力分布，进而构建二氧化碳封存后的煤柱应力分布模型；4)通过建立的数值模型，结合影响因素，利用层次分析法确定影响岩层裂隙发育高度中的权重；5)据此提出一种二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度预测方法。这种方法兼顾了煤炭地下气化后的煤柱长期稳定性及不同应力分布条件下的覆岩结构，从影响因素出发，化繁为简，可以有效的达到预测二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种UCG-CCS覆岩裂隙发育高度预测方法
本专利技术涉及一种覆岩裂隙发育高度预测方法，尤其适用于煤炭地下气化耦合二氧化封存后的覆岩裂隙发育高度预测方法。技术背景近年来，有证据表明，全球温室效应的愈演愈烈，是由化石能源的超负荷利用导致的，随着科技的不断发展和各国能源结构的调整，化石能源，尤其是煤炭资源占比正在逐步减少，清洁能源占比逐步提高，由此引发的全球清洁能源革命正在上演，而煤炭地下气化技术作为煤炭资源“流态化”开采的主要手段之一，正在逐步被应用在全球市场，与此同时，由煤炭地下气化技术带来的燃空区地下空间利用问题也在被亟待解决。如果将煤炭地下气化和其它行业产生的CO2封存到煤炭地下气化燃空区中，既可以减小了大气中的CO2含量又可以提高燃空区利用率，可一定程度的有效缓解温室效应，这一技术的结合被称为煤炭地下气化耦合二氧化碳捕捉与封存UCG-CCS，要实现该技术的安全应用，其前提条件就是将二氧化碳保持在超临界状态，且封存后，二氧化碳沿覆岩裂隙的泄露不会发育至盖层，这就需要及时的掌握二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度。这也是本专利技术的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UCG-CCS覆岩裂隙发育高度的预测方法，其特征在于步骤如下：/n在地下正常施工“双曲线”型隔离煤柱，构建兼顾气化过程中的高温效应和煤柱的长期稳定性要求的隔离煤柱二次剥离模型，分析煤炭地下气化应力分布，建立二氧化碳封存后的隔离煤柱力学模型，利用层次分析法确定覆岩裂隙发育高度影响因素权重，利用权重建立二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度模型，通过对模型分析完成覆岩裂隙发育高度的预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种UCG-CCS覆岩裂隙发育高度的预测方法，其特征在于步骤如下：
在地下正常施工“双曲线”型隔离煤柱，构建兼顾气化过程中的高温效应和煤柱的长期稳定性要求的隔离煤柱二次剥离模型，分析煤炭地下气化应力分布，建立二氧化碳封存后的隔离煤柱力学模型，利用层次分析法确定覆岩裂隙发育高度影响因素权重，利用权重建立二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度模型，通过对模型分析完成覆岩裂隙发育高度的预测。


2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化耦合二氧化碳封存覆岩裂隙发育高度的预测方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：为保证稳定性将地下隔离煤柱设定为无井式煤炭地下气化技术生成的“双曲线”型煤柱结构，其两侧曲线弧是一个以煤层厚度为直径的半圆形曲线弧；
步骤2：利用FLAC3D数值模拟软件考虑煤柱长期风化而产生的煤柱剥离情况下构建煤柱二次剥离模型，构建煤柱二次剥离模型需要兼顾气化过程中的高温效应和煤柱的长期稳定性要求，煤柱二次剥离模型包括覆岩荷载下的煤柱一次剥离模型和覆岩荷载下的煤柱二次剥离模型；
步骤3：利用FLAC3D数值模拟软件建立煤柱的二次剥离模型，模拟煤炭气化后的变化，具体的，通过向顶板施加满足使二氧化碳超临界化的向上应力(7.38Mpa)模拟二氧化碳封存后的应力，提取煤层顶板的应力值获取到煤炭气化后、封存后的应力分布，通过分析封存前后的应力变化规律，进而构建二氧化碳封存后的煤柱应力分布模型；
步骤4：根据FLAC3D数值模型，结合包括覆岩结构、工作面倾向长度、采深、开采厚度、煤层倾角在内的影响因素，利用层次分析法确定影响岩层裂隙发育高度中各因素的权重，并综合上覆岩层实际荷载、实际封存应力、煤柱应力分布大小数据，从而确定二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度，从而达到预测覆岩裂隙发育高度的目的。


3.根据权利要求2所述煤炭地下气化耦合二氧化碳封存后的覆岩裂隙发育高度的预测方法，其特征在于建立煤柱二次剥离模型具体步骤如下：
1)根据无井式煤炭地下气化的双通道控制后退气化的特点，确定气化后的隔离煤柱形态为“双曲线”型；
2)根据岩层的自重应力和隔离煤柱的“双曲线”特点，将“双曲线”隔离煤柱剥离过程抽象成2个阶段的剥离过程：
首先煤柱上半部分弯曲部分发生剥离后呈矩形结构，其它位置不发生剥离作为一次剥离模型，
然后将煤柱上半部分矩形煤柱发生剥离之后呈曲线形态，其它位置不发生剥离作为二次剥离模型；
煤柱在经历两次剥离后，最终其煤柱将会维持在固定的形态而不会在发生变化，为更好的进行数学上的计算，因此将剥离后的煤柱边界近似等效为曲线型，边界曲线可近似视为1/4椭圆，其扁率近似与煤柱下半部分相等，因其扁率较小，因此在计算时，可将其等效为扁长型三角形进行计算；
计算出的建立煤柱的二次剥离模型为：
一次剥离模型：
二次剥离模型：
式中，d0为煤柱弯曲部分长度；d1为堆积体堆积在煤柱附近的宽度；M表示煤厚、k表示碎胀系数和θ表示堆积体休止角；γ为上覆岩层的平均容重、H为上覆岩层的平均采深；d、b表示隔离煤柱一次剥离后的煤柱顶部宽度和等效燃空区宽度；d10、b1表示隔离煤柱二次剥离后的煤柱顶部宽度和等效燃空区宽度；L为气化工作面推进的距离；δ1为顶板岩层垮落角。


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【专利技术属性】
技术研发人员：徐友友，郭广礼，李怀展，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32