课题三、煤炭地下气化过程中顶板热稳定性的研究

课题编号：U2013090801

课题描述：

煤地下气化是一种复杂的工艺过程，此过程由于沉陷会引起环境的严重污染及建筑物的极大破坏。在煤地下气化环境中温度往往超过1000℃，燃烧后的收缩、（顶板）岩块的崩落、（岩层）弹性的变化、塑形和多煤层燃烧可使地层的移动增强或减轻。处于较浅处的地下空穴比处于相对较深的大空穴来说会引起程度严重得多的沉陷。必须确定煤系岩石的实际热力特性和结构特性，研究在煤地下气化燃空区的扩展过程中，各种因素对顶板塌落和地表沉陷的影响。这些因素有：围岩（变）干燥、热（致）负荷、热（致）软化和岩石力学特性的依时性（随时间而变化）。

知识结构要求：

1、掌握了有限差分法（EFD）和有限元法（FEM）；

2、能熟练运用结构力学等数值模拟软件；

3、基本学科涉及：岩土工程、高等数学、煤气化、化工原理、流体力学、计算机语言、传热学以及反应工程等。

研究平台：

1、煤炭地下气化综合实验系统。实验系统占地约260平米，其中实验装置占地约220平米，集中控制室面积约40平米。主要有：地下气化模型实验炉体（长4.5m×宽1.2m×深1.67m）、煤气净化系统、废气焚烧系统、数据采集系统、实验控制系统、煤气组分分析系统、污染物测定系统、煤炭热解实验系统、煤气加压输送系统、变压吸附系统、一氧化碳变换系统、甲烷化反应器、脱碳系统、换热及热计量等系统；

2、主要仪器设备：煤及岩层渗透性分析仪、气相色谱仪、热重分析仪、比表面积与孔径测定仪、自动量热仪、水蒸气发生器、热式气体流量计、间歇式高压釜、索氏萃取仪、烘箱、反应器底部循环泵、湿式流量仪表、电加热器、加氢改质实沸点蒸馏装置、红外光谱仪等。

3、大块煤气化反应动力学参数测定实验装置；

4、计算机数值模拟软件。

课题费用：2万元。

课题目标：

1、建立二维平面应变有限元数学模型；

2、编制基于有限差分法（EFD）和有限元法（FEM）的模型求解程序；

3、实验验证模型的有效性，同时给出优化方案；

4、至少发表一篇EI检索的论文，每年至少1篇中文核心；

5、最终完成1份课题研究报告，每季度提交1份研究进度报告。

研究时间：

2013年9月～2015年7月

指导老师：石建军 >>

课题负责人：          

课题组成员：           ；           ；           。

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