申请/专利权人：中国矿业大学

申请日：2022-05-31

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114936353B

主分类号：G06F17/18

分类号：G06F17/18;G06F17/13;G06Q50/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.09.09#实质审查的生效;2022.08.23#公开

摘要：本发明公开一种煤炭地下气化地表残余变形计算方法，适用于煤炭地下气化场地使用。说先确定气化后煤柱的高度、宽度以及拱高，之后实测数据计算煤炭地下气化后灰分生成率，从而确定气化后残留在燃空区的灰分厚度，根据煤柱剥离后煤块的碎胀系数、灰分厚度、气化后煤柱高度、宽度以及拱高计算气化后煤柱实际剥离宽度，确定灰分的力学属性，根据煤柱力学参数、高度与拱高、灰分厚度及其力学参数、上覆岩层压力计算气化后煤柱屈服区宽度，最终视气化后煤柱的屈服区宽度与剥离宽度为气化燃空区扩大宽度，并认为剥离前后气化区地表沉陷变形差值为地表残余变形值。其计算方法简单，为煤炭地下气化地表残余变形计算提供了科学的理论依据。

主权项：1.一种煤炭地下气化地表残余变形计算方法，其特征在于：煤炭地下气化后煤柱两侧为双曲线型结构，气化后产生的燃空区两侧为煤柱或未气化煤层；根据资料与实测数据确定双曲线型煤柱的高度数据、宽度数据、竖直方向的倾角以及拱高数据；通过实测数据计算出煤炭地下气化后的灰分生成率，从而利用灰分生成率以及煤柱高度计算出气化后残留在燃空区的灰分厚度；采集煤柱剥离后的煤块进行测试获得碎胀系数；然后根据煤柱剥离后煤块的碎胀系数、燃空区的灰分厚度、双曲线型煤柱的高度、宽度和拱高计算气化后煤柱实际剥离宽度；以气化后煤柱中心为原点，水平方向为x轴；垂直方向为y轴建立坐标系，设气化后煤柱剥离边界曲线为四分之一椭圆，气化后煤柱不高于灰分厚度的部分受灰分侧压力的影响产生少量剥离与膨胀，因此认为剥离煤块的碎胀系数为1；根据气化后煤柱剥离后的几何特点，推导出双曲线型气化后煤柱剥离煤块体积Vp计算式为 式中，k为剥离煤块碎胀系数，设为1；d为气化后煤柱顶部剥离区宽度；θ为休止角；h′为灰分厚度；m为气化后煤柱高度；其中Vt表示气化后“双曲线”型煤柱与顶底板相交点的连线同煤柱“双曲线”型边界线组成的拱形的面积，Vr表示灰分在成拱区域的面积，Vs为剥离煤块中膨胀系数为1部分的面积；其中， 上式中，k为剥离煤块碎胀系数，d为气化后煤柱顶部剥离区宽度；θ为休止角；a为拱高；L为气化后煤柱宽度与两侧拱高之和；u为双曲线右支的顶点位置，v为双曲线虚轴的一半；根据煤块体积Vp建立等式： 通过迭代计算确定气化后煤柱顶部剥离区宽度d的值，迭代计算的计算误差小于10-5，进而通过下式计算气化后煤柱中部的剥离宽度即气化后煤柱实际剥离宽度b： 式中T为气化后煤柱宽度；采集煤层上的煤样进行模拟气化，并根据规范或三轴试验确定煤层与顶底板岩层间的内聚力、内摩擦角；确定煤柱内的应力集中系数、上覆岩层容重以及侧压系数；确定灰分的平均容重、灰分内摩擦角、最危险滑面倾角以及气化后煤柱与灰分的摩擦角；基于上述数据，计算气化后煤柱屈服区宽度，将屈服区宽度与剥离宽度认定为气化燃空区扩大宽度，并认定剥离前后气化区地表沉陷的变形差值等同于地下气化地表残余变形；气化后煤柱边界曲型所受灰分侧压力为： 式中，h′为灰分厚度；γ′为灰分的平均容重；φ为灰分内摩擦角；δ为气化后煤柱与灰分的摩擦角；α为气化后煤柱在竖直方向的倾角；θ′为最危险滑面倾角；根据极限条件下平衡微分方程，求解得气化后煤柱发生塑性变形后屈服区宽度为 式中，m为气化后煤柱高度；A为弹性区与塑形区的侧压系数；为煤层与顶底板岩层间的内摩擦角；P为灰分侧压力；Z为煤炭开采深度；k为煤柱内的应力集中系数；γ为上覆岩层的平均容重；C为煤层与顶底板岩层间的内聚力。

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百度查询： 中国矿业大学 一种煤炭地下气化地表残余变形计算方法

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