基于不同气化通道类型的地下气化煤体破裂监测及扩展规律

在煤炭地下气化过程中,高温产生的热应力会导致煤体不断破裂,可能会导致气体泄漏,因此煤体破裂的实时监测与规律研究对煤炭地下气化系统长期稳定运行具有重要意义。为此,采用声发射(AE)监测手段对不同气化通道类型的模型实验(带底部交叉孔的垂直同轴气化通道、垂直同轴气化通道、V形连接孔气化通道)中的煤体破裂活动进行了监测,并基于监测结果研究了不同操作参数(气化剂组分和流量)以及气化通道类型对煤体破坏活动及气化区扩展的影响,然后采用矩张量分析构建的裂纹分布模型定量分析了气化过程中声发射源处的裂纹类型以及裂纹方向,从而研究煤在气化过程中的损伤和破坏规律。研究结果表明:气化炉整体温度变化与声发射事件有非常强的相关性,在0~750℃内增加会导致声发射事件增多;实验中定位的声发射源可以较为准确的表示煤体破裂位置,通过对声发射源整体分布的监测可以预测气化区的扩展范围,垂直同轴孔模型气化区主要向两侧扩展,而V形连接孔模型的气化区则主要沿气流流动方向扩展;较高的氧体积分数以及气体流量在温度小于氧化区临界温度(900℃)时能显著地促进气化区的扩展;基于矩张量分析构建的裂纹分布模型能有效帮助研究煤炭地下气化过程中煤体的破裂规律,裂纹分布模型结果显示,拉伸破坏主导气化过程中煤体的破坏,裂纹总体的聚集方向接近煤层的分层方向,此外裂纹位置分布结果表明在还原区范围内裂纹的萌生与扩展活动较为活跃。

裂隙围岩隧道爆破开挖断面轮廓控制研究与应用

为解决裂隙围岩隧道爆破掘进施工过程中断面轮廓控制不足、超欠挖严重的问题,以某隧道为例,通过分析掌子面爆破开挖过程中导致轮廓控制不足的主要因素,对炮孔装药结构、装药密度和光爆层厚度等进行了优化。现场爆破效果表明:采用优化后的爆破参数进行开挖,可有效控制爆破开挖断面轮廓,抑制拱顶岩体大面积离层,避免掌子面底部“根底”现象;隧道平均线性超挖量大幅降低80%,平均炮孔利用率提高至93.2%,有效降低了裂隙围岩隧道爆破开挖对围岩的损伤,改善了爆破效果。

煤炭地下气化燃空区发育及能量回收评价

气化燃空区的发育状况监测以及能量回收的评价对于实现高效的煤炭地下气化(UCG)以及气化过程的精确监测与控制十分重要。在人工煤层构建2种不同类型的气化通道模型(链接孔模型/同轴孔模型),依次进行3次大型UCG模拟实验,通过分层位温度监测法观察气化过程中燃烧带和燃空区的发育衍化,研究了不同的气化剂组成(O_(2),CO_(2),H_(2)O等)、配比、流速等实验操作参数作用下对生成气化产物中煤气成分及热值的影响,同时建立了基于化学计量理论的能量回收评价方法,并评估整个地下气化过程的气化效率、煤炭消耗量与煤产气量等。研究结果表明:分层位温度监测能反映气化过程中燃烧带以及燃空区的发育情况;气化区域的衍化范围以及衍化速率与气化通道的类型密切相关,2次链接孔模型实验所得的衍化范围与速率的结果均为同轴孔模型实验的2倍以上;地下气化过程中的高温环境更有利于气化过程的持续进行,在高温条件下生成煤气中可燃气体的组分比例增高;煤炭的消耗量以及能量回收率与采用的气化通道类型也密切相关,链接孔模型实验生成的气化燃气相对同轴孔模型热值较高,并且链接孔模型实验的能量回收率也高于同轴孔模型实验。

基于化学计量理论的煤炭地下气化过程能量回收评价方法

煤炭地下气化(UCG)过程的能量回收评价对整个煤炭地下气化过程的有效控制具有十分重要的意义。评价内容包括对气化耗煤量、煤气产率及速率、气化产物热值及气化效率等煤炭地下气化成效评价所需关键参数的设计、监测、计算和解析。通过对选定煤样进行UCG模拟试验,研究了不同链接孔方法和操作参数所产生的影响,建立了基于化学计量理论的能量回收评价方法,并定义了能量回收率。试验结果表明,链接孔模型所产生的生成气平均热值高达10.26 MJ/m^(3)(V形通道)和11.11 MJ/m^(3)(L形通道);而同轴孔模型试验结果分别为7.38和4.70 MJ/m^(3);气化后链接孔模型试验的空腔体积约为同轴孔模型试验的2倍;研究结果表明,气化通道类型和气化剂流量会影响煤炭消耗量和生成气热值;链接孔气化通道类型对气化区后续气化燃烧的氧化表面和破坏裂隙的发育有很大影响;本研究提出的基于化学计量法的气体能量回收评价方法简单可靠,计算结果与实际测试值的误差在10%以内,可有效评估气化过程中的气化煤量、煤气产量及热值等。

基于视电阻率法测试技术的隧道围岩松动圈测定

隧道围岩松动圈厚度大小是评价围岩稳定性和设计合理支护方案的重要参数和依据,如何快速且无损地探测出围岩松动圈范围至关重要.通过采用瞬变电磁仪视电阻率测试方法,对试验隧道围岩松动圈进行了探测,结果表明:松动圈厚度在1.68~2.25 m,属于大松动圈.同时,结合现场地质状况,以松动圈厚度大小为依据,判定围岩类别为Ⅳ~Ⅴ类.最后,以松动圈厚度大小和围岩类别为依据,设计支护方案,经后期监测,隧道变形小,验证了该方案合理可靠.