Symulacja zgazowania węgla uwzględniająca zmiany parametrów wytrzymałościowych skał

• Autorzy: Sygała A. , Bock S. , Bukowska M.

Warianty tytułu

EN

Simulation of coal gasification including the changes in rock strength parameters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki modelowania numerycznego rozkładu naprężeń i przemieszczeń górotworu na skutek oddziałania naprężeń termicznych w trakcie prowadzenia procesu podziemnego zgazowania węgla, wykonanego w programie FLAC3D, opartym na metodzie różnic skończonych. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w dwóch wariantach − nie uwzględniając zmian parametrów geomechanicznych na skutek oddziaływania temperatury oraz po ich uwzględnieniu (na podstawie badań laboratoryjnych). Wyniki badań wykazały, że można uwzględnić zmiany właściwości geomechanicznych skał w zależności od działającej na nie temperatury, a tym samym dokładnie odwzorować proces podziemnego zgazowania i jego oddziaływania na stan naprężeń i przemieszczeń wokół komory reaktora. Uwzględnienie zmian parametrów geomechanicznych miało znaczny wpływ na obliczany stan naprężeń i przemieszczeń górotworu.

EN

This paper presents the results of numeric modelling of the ground stress and displacement distributions within a rock mass, caused by thermal stressing during underground coal gasification. The inputs for the model were the laboratory experimentation results obtained for geo-mechanical properties of rock around a reactor with a predefined geometrical form. The calculation inputs included the results of tests of mudstone characterised by low compression strength for mono-axial compression (in air-dry state), and medium-grained sandstone with moderate compression strength, with both rock types sampled from the Chwałowice basin deposits. The rock samples were heat treated at temperatures between 100 and 1200°C and had the following parameters determined: resistance to mono-axial compression and Young’s modulus. The numerical calculations were processed using the FLAC3D software suite by the finite difference method. There was a total of two numerical calculation variants: (1) without and (2) with changes in geo-mechanical properties caused by temperature (from the laboratory research), for two lithological systems. The modelling investigation results have proven that it is feasible to consider changes in rock geo-mechanical parameters in relation to the temperature acting on the rock, and thus to precisely represent the process of underground gasification and its effects on the stresses and displacement around the gasification reactor chamber. The inclusion of the changes in geo-mechanical parameters had a significant effect on the calculated stresses and displacement of the rock mass.

Słowa kluczowe

PL

podziemne zgazowanie węgla; modelowanie numeryczne; skała; parametry geomechaniczne; zmiana parametrów; temperatura wysoka

EN

underground coal gasification; numerical modelling; rock; geomechanical parameters; changes in parameters

• Wydawca: Wyższy Urząd Górniczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 12
• Strony: 10--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Sygała A.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Bock S.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Bukowska M.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• 1. Białecka B.: Podziemne zgazowanie węgla. Podstawy procesu decyzyjnego. Wyd. GIG, Katowice 2008.
• 2. Burton E., Friedmann J., Upadhye R.: Best practices in underground coal gasification. Lawrence Livermore National Laboratory 2007.
• 3. Bukowska M.: Skłonność górotworu do tąpań - geologiczne i geomechaniczne metody badań. Wyd. GIG, Katowice 2012.
• 4. Cała M., Stopkowicz A., Kowalski M.: Symulacja procesów fizycznych towarzyszących podziemnemu zgazowaniu węgla na podstawie modelowania numerycznego. Przegląd Górniczy 2013, nr 2, s. 72-80.
• 5. Hoek E.: Strength of rock and rock masses. ISRM News Journal 1994, Vol. 2, No. 2, s. 4-16.
• 6. Hoek E.: Rock mass properties for underground mines. [w:] Hustrulid W.A., Bullock R.L. (red.): Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and International Case Studies, Society for Mining, Melallurgy and Exploration (SME), Litleton 2001.
• 7. Kalamaras G.S., Bieniawski Z.T.: A Rock Mass Strength Concept for Coal Seams Incorporating the Effect of Time. Proc. of the 8th ISRM Congress, Tokio 1995.
• 8. Morris J.P, Buscheck T.A., Hao Y.: Coupled geomechanical simulation of UCG cavity evolution. Proceedings of International Pittsburgh Coal Conf., September 2009.
• 9. Perkins G., Sahajwalla V.: Modeling of heat and mass transport phenomena and chemical reaction in underground coal gasification. Chemical Engineering Research and Design 2007, Vol. 85, Issue 3, s. 329−343.
• 10. Seifi M., Chen Z., Abedi J.: Numerical simulation of underground coal gasification using the crip method. The Canadian Journal of Chemical Engineering 2011, Vol. 89, Issue 6, s. 1528−1535.
• 11. Shavirovich E., Varma A.: Underground coal gasification: a brief review of current status. Industrial & Engineering Chemistry Research 2009, Vol. 48, s. 7865-7875.
• 12. Yang L.: Study on the experiment and numerical simulation for underground coal gasification. Fuel 83, 2004, 573-584. Vorobiev O., Morris J., Antoun T., Friedmann S.J.: Geomechanical Simulations related to USG activities. Pittsburgh 2008.