通道式煤炭地下气化过程特征场演化规律

我国废弃矿井中遗留煤炭资源量约420亿t,废弃矿井煤炭资源井工复采技术难度大,安全性差,在经济上也不合理,因此必须探索新的回收技术,煤炭地下气化技术则是一条可行的技术路线,其可以依托老矿井原有的井筒和巷道建设地下气化炉,利用人工掘进的煤巷作为气化通道,形成通道式气化.煤炭地下气化发生与发展过程实质上是气化反应区特征场(温度场、体积分数场、应力场)的扩展过程,通过地下气化模型试验研究了通道式气化过程特征场的分布与扩展规律,结果表明,在模型试验条件下温度场沿水平通道(横向)和垂直通道(纵向)平均扩展速度分别为0.089 m/h和0.012 m/h,横纵平均速度比为7.42倍,在注气点附近,横向和纵向扩展速度均达到最大值,分别为0.116 m/h和0.118 m/h;通道式气化以壁面燃烧气化为主,当横向扩展速度大于纵向扩展速度的11.4倍以上时,反应过程将失去稳定性;气化区中部(通道)附近气样中的H2和CO体积分数高于煤层气样中的H2 和CO体积分数,因此通道壁面的还原反应是H2和CO的主要来源,CH4体积分数分布的总体趋势是煤层气样中CH4体积分数高于中部(通道)附近气样中的CH4体积分数,说明CH4来源于煤层热解;煤层和岩层交界面到20 cm高顶板处产生热弥散作用,距煤层20～40 cm内热弥散作用明显,弥散角为45°;顶板中各测点均发生应力集中现象,最大集中应力约为0.6 MPa,应力集中系数为2.0～2.5,沿通道方向上依次发生应力集中,时间延后,与温度场推进方向一致.