[发明专利]面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法

权利要求书

1.一种面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法，其特征在于：

a根据气化区域的水文地质资料及含水层位置，确定防水煤岩柱的最大高度；

b利用计算得到的保护层厚度确定研究区域气化采煤导水裂隙带发育的限值；

c利用采集到的气化区域地质资料及各岩层力学参数基于数值模拟方法建立条采-面采后退式控制注气地下气化数值模型，数值模型中设计隔离煤柱宽度为4m～35m、气化炉宽度为4m～35m，将所有气化炉宽度与隔离煤柱宽度组合形成一组数据并排列所有组合数据，利用数值模型计算不同隔离煤柱与气化炉宽度数据组下导水裂隙带的高度，将所有导水裂隙带发育高度数据与气化炉宽度、隔离煤柱宽度数据组进行对应匹配，从而获得进而获得条采-面采后退式控制注气地下气化导水裂隙带发育高度和气化炉宽度、隔离煤柱宽度数据组的关系；

d最后根据研究区域已知的导水裂隙带发育限值，结合条采-面采后退式控制注气地下气化导水裂隙带发育高度和隔离煤柱宽度、气化炉宽度数据组的关系，结合已确定的导水裂隙带发育的限值，根据得到的导水裂隙带发育高度与隔离煤柱宽度和气化炉宽度的关系，选出最接近限值并小于限值的导水裂隙带高度数值匹配的隔离煤柱与气化炉宽度数据组合即为最佳气化区域条采-面采后退式控制注气地下气化的隔离煤柱与气化炉宽度，完成设计。

2.根据权利要求1所述的面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法，其特征在于具体步骤为：

步骤1：针对进行覆岩含水层下气化采煤区域，收集拟气化采煤区域水文地质资料、钻孔示意图资料，明确拟气化区域覆岩的含水层和隔水层的位置，进而根据含水层的位置确定防水煤岩柱的最大高度H_防，保证防水煤岩柱的最大高度H_防小于煤层到含水层的距离；所述防水煤岩柱是指为确保水体下安全采煤而设计的煤层开采上限至水体底部的煤、岩体；

步骤2：根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中防水煤岩柱留设的保护层厚度计算公式，结合拟气化区域的地质采矿条件及覆岩岩性，计算气化区域的保护层厚度H_保进而得到拟气化区域的导水裂隙带的限值H_导限＝H_防-H_保；

步骤3：根据拟气化区域地质采矿条件、工作面分布情况、地应力监测结果以及不同温度下岩石力学参数变化规律资料，使用ANSYS软件建立条采-面采后退式控制注气地下气化数值模型，进行网格划分，将建立的条采-面采后退式控制注气地下气化数值模型导入FLAC3D计算获取导水裂隙带发育高度，由于煤炭地下气化燃空区围岩存在高温效应，因此对研究区域煤层底板15m、煤层宽度10m及顶板20m范围内的岩层进行力学实验，获取拟气化区域底板、原煤及顶板的抗压强度、抗拉强度、30°～1000°间内聚力随温度的变化规律，并利用数学表达式显示抗压强度、抗拉强度及内聚力与温度的关系，结合围绕温度场分布规律利用fish语言将抗压强度、抗拉强度及内聚力与温度的关系嵌入到FLAC3D模型计算导水裂缝带高度中，最后利用应力分析法确定地下气化导水裂隙发育带的高度；

设计隔离煤柱宽度为4m～35m、气化炉宽度为4m～35m，根据模拟方案利用建立的数值模型计算不同气化炉与隔离煤柱宽度下条采-面采后退式控制注气地下气化的导水裂隙带高度H₁，H₂，H₃，…H_n，从而确定条采-面采后退式控制注气地下气化导水裂隙带发育高度和气化炉与隔离煤柱宽度的关系；

步骤4：将拟气化区域导水裂隙带发育高度的限值H_导限与不同气导水裂隙带发育高度H₁，H₂，H₃，…H_n逐一进行比较，选择出满足H_i≤H_导限且最接近指标H_导限的数据，H_i为最佳值，同时根据最佳值H_i选定条采-面采后退式控制注气地下气化的气化炉和隔离煤柱宽度，进而完成覆岩含水层下条采-面采后退式控制注气地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度的设计。

3.根据权利要求1所述的面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法，其特征在于：在缓倾斜和倾斜煤层开采条件下防水安全煤岩柱中的保护层厚度根据下表中的数值选取：

表格中A为煤层厚度。