بررسی تاثیر افزایش عرض نمونه زغال‌سنگ ترد بر گسترش ترک و رشد فضای استخراجی در فرآیند UCG

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته‌ی دکتری؛ دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد.

2 دانشیار؛ دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد.

3 استاد؛ دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد.

4 استادیار؛ دانشکده مهندسی معدن دانشگاه تهران.

چکیده

تبدیل زغال‌سنگ برجا به محصولات گازی در زیرزمین را گازکردن زیرزمینی زغال‌سنگ (UCG) می‌نامند. طبق تحقیقات گذشته افزایش تعداد ترک می‌تواند باعث افزایش رشد فضای استخراجی شود. بر این اساس در این پژوهش اثر افزایش عرض نمونه زغال‌سنگ بر گسترش ترک و رشد فضای استخراجی در روش UCG با استفاده از روش مدل پیوند موازی خطی (LPBM) مورد بررسی قرار گرفته است. از دیدگاه مکانیک شکست و با تعمیم نتایج عددی مشخص گردید که برای لایه زغال‌سنگ قرار گرفته در اعماق زیاد هر چه نسبت عرض پهنه به ارتفاع لایه زغال‌سنگ کم و تعداد پهنه استخراجی افزایش یابد، پتانسیل گسترش ترک و رشد فضای استخراجی افزایش می‌یابد. با افزایش عرض نمونه نسبت به ارتفاع آن بدون در نظر گرفتن عمق قرارگیری لایه زغال‌سنگ میکروترک‌های اولیه بر اثر با روباره سریع‌تر شکل گرفته و شرایط بهتری را برای گسترش فضای استخراجی فراهم می‌کنند. با افزایش عرض به ارتفاع نمونه مقدار تردی کاهش یافته و در این شرایط مدول الاستیسیته تغییر چندانی ندارد. در زغال‌سنگ ترد نرخ افزایش میکروترک در انتهای بارگذاری، تردی و مقاومت فشاری تک محوره نسبت به افزایش عرض نمونه رابطه خطی و نرخ افزایش میکروترک در نقطه اوج نسبت به افزایش عرض نمونه رابطه نمایی مثبت دارد.

کلیدواژه‌ها


 Advani, S. H., Lin, Y. T., & Zane Shuck, L. (1977). Thermal and structural response evaluation for underground coal gasification. SPE Journal, 17(6), 413-422.
Akbarzadeh, H., & Chalaturnyk, R. J. (2011). Coupled Fluid-Thermal-Mechanical Analyses of a Deep Underground Coal Gasification Cavity. Journal of Architecture and Civil Engineering, 01(01), 01-14, ISSN(Online): 2321-8193, www.questjournals.org
Couch, G. R. (2009). Underground Coal Gasification. IEA Clean Coal Centre. ISBN 978-92-9029-471-9, http://www.coalonline.info/DocId=7790
Fang, Z., & Harrison, J. P. (2002). Application of a local degradation model to the analysis of brittle fracture of laboratory scale rock specimense under triaxial conditions. Int. J. of Rock mechanics and Mining Sciences, 39(4), 459-476, https://doi.org/10.1016/S1365-1609(02)00036-9
Itasca consulting group, Inc. PFC 2D Version 6.00, 2019, (www.itascacg.com).
James, R. (2009). Powder River Basin Underground Coal Gasification. National Energy Technology Laboratory.
Jowkar, A., Sereshki, F., & Najafi, M. (2018). A new model for evaluation of cavity shape and volume during Underground Coal Gasification process. Energy, 148, 756-765, https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.01.188
Li, L., Yan, S., Liu, Q., & Yu, L. (2018). Micro- and macroscopic study of crack propagation in coal: theoretical and experimental results and engineering practice. Journal of Geophysics and Engineering, 15(4), 1706-1718, https://doi.org/10.1088/1742-2140/aabb34
Li, X. C., Wang, C., Zhao, C. H., & Yang, H. (2012). The propagation speed of the cracks in coal body containing gas. Safety Sci. 50(4), 914–917, https://doi.org/10.1016/j.ssci.2011.08.004
Najafi, M., Jalali, S. E., & Khalokakaie, R. (2014). Thermal–mechanical–numerical analysis of stress distribution in the vicinity of underground coal gasification (UCG) panels. International Journal of Coal Geology, Volumes 134–135, Pages 1-16.
Otto, C., & Kempka, T. (2015). Thermo-Mechanical Simulations of Rock Behavior in Underground Coal Gasification Show Negligible Impact of Temperature-Dependent Parameters on Permeability Changes. GFZ German Research Centre for Geosciences, 8(6), 5800-5827, doi:10.3390/en8065800
Shahbazi, M., Najafi, M., & Fatehi Marji, M. (2018). On the mitigating environmental aspects of a vertical well in underground coal gasification method. Mitig Adapt Strateg Glob Change, 24, pages373–398, https://doi.org/10.1007/s11027-018-9816-x
Su, F., Itakura, K., Deguchi, G., & Ohga, K. (2016). Monitoring of coal fracturing in underground coal gasification by acoustic emission techniques. Applied Energy, 189, Pages 142-156, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.082
Tan, Q., Luo, X., & Li, S. (2008). Numerical modeling of thermal stress in a layered rock mass. 42nd US Rock Mechanics Symposium and 2nd U.S.-Canada Rock Mechanics Symposium, Paper Number: ARMA-08-285, San Francisco, CA, USA.
Tang, C. A., Tham, L. G., Lee, P. K. K., Tsui, Y. & Liu, H. (2000). Numrical studies of the influence of microstructure on rock failure in uniaxial compression - part II: constraint, slenderness and size effect. Int, J. of Rock Mechanics and Mining Science, 37(4), 571-583. doi:10.1016/S1365-1609(99)00122-7
Vorobiev, O. Y., Morris, J. P., Antoun, T. H., & Friedmann, S. J. (2008). Geomechanical simulations related to UCG activities. International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, PA, USA.
Wang, C., Zhang, C., Li, T., & Zheng, C. (2019). Numerical investigation of the mechanical properties of coal masses with T-junctions cleat networks under uniaxial compression. International Journal of Coal Geology, 202, 128-146, https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.12.005
Wu, P. F., Liang, W. G., Li, Z. G., Cao, M. T., & Yang, J. F. (2016). Investigations on mechanical properties and crack propagation characteristics of coal and sandy mudstone using three experimental methods. Rock Mech. Rock Eng, 50, 215–223.
Xie, Y., Cao, P., Liu, J., & Dong, L. (2016). Influence of crack surface friction on crack initiation and propagation: A numerical investigation based on extended finite element method, Computers and Geotechnics, 74, 1–14,  http://dx.doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.12.013
Yao, Q. L., Chen, T., Ju, M. H., Liang, S., Liu, Y. P., & Li, X. H. (2016). Effects of water intrusion on mechanical properties of and crack propagation in coal. Rock Mech. Rock Eng. 49(12), 4699–4709, doi: 10.1007/s00603-016-1079-9.
Yin, G. Z., Gao, D. F., & Pi, W. L. (2003). CT real-time analysis of damage evolution of coal under uniaxial compression, Journal of Chongqing University, 26, 96–100.
Zhang, X-P., & Wong, L. N. Y. (2012). Cracking Processes in Rock-Like Material Containing a Single Flaw Under Uniaxial Compression: A Numerical Study Based on Parallel Bonded-Particle Model Approach. Rock Mech Rock Eng, 45,711–737, doi: 10.1007/s00603-011-0176-z