煤田地质与勘探

作者：孙芳芳, 李鑫, 桑树勋, 屈怀林, 杨曙光, 韦波, 王子强, 张斌, 陈艳鹏, 田文岭,

关键词：煤炭地下气化, 实时高温力学特性, 热损伤阈值, 动态响应机制, 围岩稳定性, 百口泉地区, 准噶尔盆地西北缘,

目的作为煤炭资源清洁利用的关键技术，煤炭地下气化(UCG)过程中围岩在热作用下的热损伤行为直接影响地下气化通道的稳定性与工程安全。方法针对UCG围岩热损伤问题，以新疆百口泉地区西山窑组煤层顶板粉砂质泥岩与粗砂岩为研究对象，通过高温单轴压缩实验结合X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)表征方法，系统研究热作用下岩石力学性质动态演化规律及其宏–微观损伤分异特征，定量界定热损伤临界阈值并分析协同致损机制。结果和结论(1) 粉砂质泥岩力学性质经历热强化(25~<400 ℃)–热损伤(400~600 ℃)–热烧结(>600~800 ℃) 3阶段，峰值应力依次提升36.24%、衰减45.99%和跃升75.20%；粗砂岩经历脱水弱化(25~<200 ℃)–热膨胀压密(200~<400 ℃)–热损伤(400~800 ℃) 3阶段，峰值应力依次衰减50.74%、45.16%和52.78%；在400~600 ℃，二者弹性模量显著下降至58.87%和69.42%，损伤变量分别跃升至0.59和0.69。(2) 粉砂质泥岩3阶段控制机理分别以热蒸发–热膨胀协同作用、热破裂–矿物相变协同破坏和烧结反应主导，粗砂岩3阶段分别以热蒸发作用、热膨胀作用和热破裂–矿物相变主导。(3) 400 ℃是两类岩石热破裂与矿物相变(石英α-β相变、高岭石脱羟基)协同破坏的起始阈值温度，超过该阈值围岩过渡区损伤加速扩展，工程实践中氧化带关键封闭性顶板温度需严格控制在<400 ℃，以规避岩体失稳风险。研究明确了新疆百口泉地区UCG围岩的热损伤阈值及热作用下岩石力学分异机制，为气化通道安全设计提供了关键温度敏感性参数与稳定性控制阈值判据。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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