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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明提供了一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，涉及采矿工程与数值模拟技术领域。该方法包括：室内试验确定岩层力学参数及热力学参数，建立地下煤层气化过程温度场‑应力场‑损伤场理论模型，根据工程地质条件确定几何模型，并建立煤气化过程热源移动边界条件和燃空区形成过程的数值模型，对温度场‑应力场‑损伤场进行求解，几何模型及损伤场的迭代求解直至达到求解时间，输出并绘制计算结果。利用该方法获得模拟结果后，可以根据地下煤气化区域的实际情况进行研究分析，从而为地下煤炭气化区域的稳定性控制及失稳破坏机理分析提供理论依据，更真实的模拟地下煤炭气化过程热源移动和燃空区形成开挖扰动应力平衡全过程。

主权项：1.一种考虑热源移动和开挖扰动的地下煤气化过程数值模拟方法，其特征在于，具体步骤包括：S1.通过室内试验确定岩层力学参数及热力学参数；S2.建立地下煤层气化过程温度场-应力场-损伤场理论模型；S3.根据工程地质条件确定几何模型，并建立煤气化过程热源移动边界条件和燃空区形成过程的数值模型；S4.利用地下气化过程数值程序对温度场-应力场-损伤场进行求解，对几何模型及损伤场的迭代求解直至达到求解时间，输出并绘制计算结果；所述地下煤层气化过程温度场-应力场-损伤场理论模型的构建包括：S21.根据岩石的热量平衡方程和傅里叶定律确定温度应力耦合作用下岩石的热传导方程为 其中为空间坐标系内x方向上的传导热量，为空间坐标系内y方向上的传导热量，为空间坐标系内z方向上的传导热量，kxx、kyy、kzz分别为x、y、z方向上的导热系数张量，ρ为岩体密度；c为岩体比热容；为温度场随时间变化率；Q0为热量源汇项；α是介质的线热膨胀系数；为蠕变应变率，T0为零应力状态下的参考温度；S22.根据应力平衡微分方程、几何方程和弹性变形本构方程确定以位移表示的温度应力耦合作用下的岩石变形场方程为κ+G·uj,ji+Gui,jj+fi-3KαTi＝0G、k为剪切模量和拉梅常数；εv为体积应变，且εv＝ε11+ε22+ε33，εij为应变分量，其中i和j分别取值1,2,3；uj,ji、ui,jj均表示变形位移分量；fi为体力；K为体积变形模量；α是介质的线热膨胀系数；Ti为相应空间方向上的温度；S23.对岩石材料进行非均质表征，根据摩尔库伦准则和最大拉应力准则进行岩石损伤的判定，采用幂函数损伤本构方程描述岩石的损伤演化过程，当判定单元损伤时，则单元的损伤变量关系为 其中f1、f2为两个表示应力状态的函数，df1＞0和df2＞0分别表示两种损伤后的继续状态，可引起损伤变量的增加；εt0和εc0分别为单元发生拉伸损伤和剪切损伤时对应的最大拉伸主应变和最大压缩主应变；ε1为拉伸主应变，ε3为压缩主应变；n为单元损伤演化系数。

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