煤炭学报

作者：尹大伟, 苑啸天, 周广磊, 辛林, 周泽森, 王子涵,

关键词：煤炭地下气化, 多场耦合, 损伤演化, 温度场, 覆岩移动,

煤炭地下气化作为一种洁净煤综合利用技术，已成为“双碳”背景下煤炭无害化开采技术创新战略方向。为研究煤炭地下气化过程覆岩温度场、位移场及损伤场多场耦合变化规律，以山东某煤矿煤炭地下气化工程区域地质和生产条件为研究背景，首先开展了煤炭地下气化区域岩石力学特性试验，获得了不同岩性岩石试样的物理力学参数及热力学参数；其次开发了煤炭地下气化覆岩多场耦合数值模拟方法，该方法以最大拉应力准则及摩尔库仑准则作为损伤破坏准则，考虑了煤炭地下气化过程中燃烧点移动、燃空区形成过程应力平衡及燃空区降温的特点，给出了煤炭地下气化覆岩移动及损伤破坏过程数值求解方法；基于此方法研究了气化方向和垂直于气化方向覆岩温度场、位移场和损伤场耦合演化规律。结果表明：煤炭地下气化过程中，随着气化过程的进行高温影响范围先增大后减小，传播速率减慢，高温最终影响范围顶底板为5.4 m，巷道两帮为4.9 m；工程开始后，直接顶发生上移，表明了高温对气化巷道顶板承载能力具有一定程度的强化作用，地层冷却至室温后，煤层直接顶垂直位移达257.18 mm；随着气化工程的进行，气化巷道顶板发生明显拉伸损伤，顶板处的损伤破坏范围大于底板和两帮处，当工程进行至第150 d时，巷道围岩损伤区总体上呈近似“蝶形”分布；煤炭地下气化结束时，1号气化巷道顶板损伤高度为12.38 m，2号巷道顶板损伤高度为11.14 m，工程理论设计的15 m宽煤柱可保证气化采场的稳定性。

来源：2025年第6期

《煤炭学报》期刊编辑部

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