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Numerical simulation of surface subsidence after UCG including groundwater effect

Underground Coal Gasification (UCG) is a method that allows for the extraction of energy from hard to access coal seams (i.e. very thin or deep underground). One of the greatest advantages of UCG is that it eliminates the need to put humans underground, thereby reducing the risk of injury and fatality, which are significant concerns during conventional underground coal excavations. UCG currently has two main hurdles that are affecting its potential industrialization: the risk of surface subsidence and groundwater pollution. The existence of groundwater is particularly a challenge because of implications to both pollution and its influence on mechanical processes underground. Two mechanical effects of groundwater should be considered: changes in effective stress and in volumetric strain. Additionally, at any UCG site, the influence of groundwater should be analyzed together with the thermal impact of coal combustion. To couple the fluid, thermal and mechanical analyses, the commercial software FLAC3D by Itasca is utilized. The modelling results are compared with the field measurements at the Shatsk UCG station in the Moscow Basin. The site at hand is complicated by six aquifers in the overburden above the UCG reactor. The relative performance of the models with and without groundwater and thermal effects is evaluated based on predictions of the surface subsidence. The groundwater increases the depth and narrows the width of surface subsidence closing the modelling results to the measurements, whereas the high-temperature decreases the depth without changing the shape of the surface subsidence. RÉSUMÉ: La GSC (Gazéification Souterraine de Charbon) est une méthode qui permet d’extraire énergie des veines de charbon difficilement accessibles (par exemple des gisements fins ou bien en profondeur). Un des avantages de la GSC est d’éliminer le besoin d’envoyer des êtres humains dans le sous-sol, ce qui réduit le risque d’accidents mortels, une des préoccupations majeures lors des excavations conventionnelles. D.1 Environmental geotechnics ECSMGE-2019 – Proceedings 2 IGS Toutefois, au présent il y a deux obstacles principaux à l’exécution de la GSC à grande échelle: le risque de l’affaissement de surface et la pollution potentielle des eaux souterraines. Il faut donc considérer deux effets mécaniques des eaux souterraines: les changements dans l’effort efficace et ceux dans la pression volumétrique. Afin de relier les réponses fluides, thermiques et mécaniques de la surface avec la combustion du charbon dans un site GSC pour évaluer la subsidence de surface, nous avons utilisé le logiciel commercial FLAC3D de Itasca. Dans cet article, nous considérons l’influence des hautes températures et des eaux souterraines sur la subsidence de surface. Les résultats du modelage sont comparés avec les mesures de terrain dans un site GSC dans le bassin de Moscou. Dans le mort-terrain sur le réacteur GSC il y a six aquifères, ce qui rend ce modelage plus intéressant. La performance des modèles avec et sans eaux souterraines et effets thermiques est évaluée sur la base des prédictions de la subsidence de surface.