مدل سازی ترمومکانیکی برای تعیین ابعاد پهنه های استخراجی در روش گازکردن زیرزمینی زغال سنگ

محدودیت روش های مرسوم استخراج زغال سنگ برای استخراج لایه های واقع در اعماق زیاد و دارای ضخامت متغیر از یک سو و افزایش قیمت نفت و گاز طبیعی از سوی دیگر سبب شده است، روش های استخراج زغال سنگ مبتنی بر انرژی پاک مورد توجه جدی قرار گیرند. یکی از این روش ها، گازکردن زیرزمینی زغال سنگ (ucg: underground coal gasification) است. در روش ucg، لایه های زغال سنگ با ضخامت های مختلف و در اعماق متفاوت بدون نیاز به عملیات معدن کاری سنتی با یک فرآیند پیشرفته ترموشیمیایی به صورت برجا در زیرزمین به گاز سنتزی (شامل ch4، h2، co و co2) تبدیل می گردد. ucg به شکل های مختلفی قابل پیاده سازی است. در حال حاضر روش احتراق قابل کنترل پسرو (crip: controlled retraction injection point) به صورت دو یا سه کاناله برای اجرای ucg در مقیاس تجاری بیش از سایر روش ها مورد توجه است. روش crip از جهاتی شبیه به روش جبهه کار بلند مکانیزه است با این تفاوت که به جای کندن و انتقال زغال سنگ با اعمال حرارت به آن نیم سوز شده و تبدیل به گاز می شود. این دما که به حدود 1000 درجه سانتی گراد می رسد، به شدت بر روی خصوصیات زغال سنگ برجا و سنگ های مجاور پهنه های استخراجی اثر می گذارد. هدف اصلی این رساله مدل سازی و تحلیل ترمومکانیکی یک پهنه استخراجی ucg بر پایه روش crip، به منظور تعیین ابعاد مناسب پهنه است. بدین منظور در ابتدا با استفاده از روش های آماری و با کاربرد رگرسیون چند متغیره ی غیرخطی یک رابطه تجربی برای برآورد گسترش فضای استخراجی و عرض پهنه و نیز یک روش تجربی برای محاسبه عرض پایه محافظ بین دو پهنه در روش ucg ارایه شده است. از آنجا که در داخل فضای استخراجی ucg پدیده های مختلفی شامل تغییرات مشخصات ژئومکانیکی سنگ های اطراف، واکنش های شیمیایی، تغییر شرایط آب های زیرزمینی و تغییرات شدید دما به طور همزمان اتفاق می افتد، امکان تحلیل همزمان این پدیده ها با استفاده از روش های تحلیلی و تجربی وجود ندارد. به همین دلیل استفاده از روش های عددی به منظور تعیین ابعاد مناسب پهنه های استخراجی سودمند به نظر می رسد. در این رساله از نرم افزار flac3d به منظور تحلیل ترمومکانیکی (thermo-mechanical modeling) پهنه در روش ucg بر پایه روش crip استفاده شده است. به این منظور یک الگوریتم که سازگاری مناسبی با شرایط حاکم بر روش crip داشته باشد، تدوین شده و مدل عددی ucg شامل دو پهنه استخراجی همراه با یک پایه محافظ که در آن ابتدا پهنه اول و سپس پهنه دوم به گاز تبدیل می شود، تحلیل شده است. در الگوریتم مذکور شبیه سازی تخریب سقف، فشار داخلی کارگاه استخراج و تغییر خصوصیات مواد در اثر حرارت در اطراف کارگاه استخراج منظور شده و ابعاد مناسب پهنه استخراجی تعیین گردیده است. در پایان این الگوریتم بر روی لایه m2 کانسار زغال سنگ طبس در منطقه مزینو با ضخامت 5/3 متر پیاده سازی شده است. نتایج حاصل از توزیع تنش های کناری بر روی پایه محافظ نشان می دهد که پهنه ای با عرض 150 متر به همراه یک پایه 42 متری برای طراحی یک مجموعه ucg بر روی لایه زغالی مذکور در عمق 600 متری سطح زمین مناسب است.