煤炭学报

作者：苏发强, 邓启超, 武俊博, 张涛, 代孟佳, 何小龙, 杨君楠, 余伊河,

关键词：煤炭地下气化, 煤岩破裂, 声发射, 矩张量分析, 气化区扩展,

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。

来源：2023年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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