考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，涉及采矿工程与数值模拟技术领域。该方法包括：室内试验确定岩层力学参数及热力学参数，建立地下煤层气化过程温度场

【技术实现步骤摘要】
考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及采矿工程与数值模拟
，尤其是提供了一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法。

技术介绍

[0002]煤炭地下气化作为绿色采矿的主要实现途径之一，通过注气点精准导控将煤炭转化为可燃气体，变物理采煤为化学采气，满足科学采矿、经济、高效、环境友好的要求，能够有效应对能源枯竭问题。煤炭地下气化过程中采场围岩稳定性是影响气化效率和安全性的关键问题之一。在气化过程中，气化工作面温度高达1200℃，岩石在高温影响下力学性能劣化，同时受工作面推进和地应力影响，顶板和覆岩破坏加剧，而岩层破坏及其力学性质的变化又进一步影响温度场分布。由此产生的温度
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应力
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损伤耦合作用下地下煤气化区域温度场、变形场及损伤场的演化规律极为复杂，给准确预计燃空区覆岩破坏、地表沉陷、合理布置气化采场，揭示煤炭气化过程中采场围岩破坏情况造成一定困难。因此，建立温度
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应力
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损伤耦合作用下煤炭地下气化过程数值模拟方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，其特征在于，具体步骤包括：S1.通过室内试验确定岩层力学参数及热力学参数；S2.建立地下煤层气化过程温度场
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应力场
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损伤场理论模型；S3.根据工程地质条件确定几何模型，并建立煤气化过程热源移动边界条件和燃空区形成过程的数值模型；S4.利用地下气化过程数值程序对温度场
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应力场
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损伤场进行求解，对几何模型及损伤场的迭代求解直至达到求解时间，输出并绘制计算结果。2.根据权利要求1所述的一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，其特征在于，所述力学参数包括岩石的密度、泊松比、弹性模型、内聚力、抗拉强度及泊松比；所述热力学参数包括比热容和热传导系数。3.根据权利要求1所述的一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，其特征在于，所述地下煤层气化过程温度场
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应力场
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损伤场理论模型的构建包括：S21.根据岩石的热量平衡方程和傅里叶定律确定温度应力耦合作用下岩石的热传导方程为其中为空间坐标系内x方向上的传导热量，为空间坐标系内y方向上的传导热量，为空间坐标系内z方向上的传导热量，ρ为岩体密度；c为岩体比热容；为温度场随时间变化率；Q0为热量源汇项；α为线性热膨胀系数；为蠕变应变率，T0为零应力状态下的参考温度；S22.根据应力平衡微分方程、几何方程和弹性变形本构方程确定以位移表示的温度应力耦合作用下的岩石变形场方程为(κ+G)
·
u
j,ji
+Gu
i,jj
+f
i
‑
3KαT
,i
＝0G、κ为剪切模量和拉梅常数；ε
v
为体积应变，且ε
v
＝ε
11
+ε
22
+ε
33
，ε
ij
为应变分量，其中i和j分别取值1,2,3；u
i,ji
、u
i,jj
均表示变形位移分量；f
i
为体力；K为体积变形模量；α是介质的线热膨胀系数；T
i
为相应空间方向上的温度；S23.对岩石材料进行非均质表征，根据摩尔库伦准则和最大拉应力准则进行岩石损伤的判定，采用幂函数损伤本构方程描述岩石的损伤演化过程，当判定单元损伤时，则单元的损伤变量关系为
其中f1、f2为两个表示应力状态的函数，df1＞0和df...

【专利技术属性】
技术研发人员：周广磊，尹大伟，辛林，汪峰，苑啸天，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：