Об одном подходе к расчету выброса угля из газоносного пласта, вмещающего геологические нарушения


Аннотация:

Модель геомеханического состояния угольного пласта, вмещающего «слабый» слой и геологическое нарушение, представляющее собой коллектор со сжатым метаном, построена на фундаментальных методах механики твердого тела. Условием выброса угля в выработку является нарушение равновесия части слоя, находящегося под действием давления метана в коллекторе, расположенном на критическом от кромки пласта расстоянии, и сил трения по контакту слоя и угольного пласта. Напряженное состояние в слое определяется путем численного решения краевых задач теории предельного состояния для ряда характерных участков. Силы трения вычисляются интегрированием вдоль контакта слоя с пластом касательных напряжений, найденных в ходе решения краевых задач. В рамках разработанной модели проведен вычислительный эксперимент для ряда характеристик прочности и мощности слоя и параметра кривой, описывающей изменение давления свободного метана в угольном пласте. Графики, устанавливающие связь между характеристиками прочности слоя и его критической длиной, соответствующей началу выброса, представляют собой плавно убывающие пологие кривые. Показано, что с увеличением мощности слоя значения критической длины, соответствующей выбросу, также увеличиваются, при этом возрастают и характеристики прочности слоя.

Даны количественные оценки между величиной критической длины «слабого» слоя и значением параметра, характеризующего интенсивность роста давления метана. Установлено, что при значениях этого параметра, соответствующих достижению давлением метана гидростатического давления в непосредственной близости к кромке пласта, выброс угля может произойти при достаточно высоких характеристиках прочности слоя.


Подпишитесь чтобы читать статьи полностью

Год за

16 848 р.

Подписаться
Подписка - это:
  • Возможность читать полные тексты статей за последние 3 года (недоступны без подписки)
  • Свежий номер до его печатного издания
  • Удобное чтение с любого типа устройств (Компьютеры, планшеты, смартфоны)
Список литературы:
  1. Петухов И.М., Линьков А.М. Механика горных ударов и выбросов. — М.: Недра, 1983. — 280 с.
  2. Чернов О.И., Пузырев В.Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. — М.: Недра, 1979. — 296 с.
  3. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально-прикладные методы решения проблемы угольных пластов. — М.: ИАГН, 2000. — 519 с.
  4. Шадрин А.В. Статическая и динамическая выбросоопасность угольных пластов// Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 4. — С. 42–48. DOI: 10.24000/0409-2961-2018-4-42-48
  5. Шадрин А.В. Влияние упрощения методики текущего прогноза выбросоопасности угольных пластов на достоверность прогноза// Вестник Научного центра ВостНИИ по безопасности работ в угольной промышленности. — 2017. — № 2. — С. 31–33.
  6. Козырева Е.Н. Возможности повышения эффективности управления газовыделением на выемочном участке// Вестник Научного центра ВостНИИ по безопасности работ в угольной промышленности. — 2017. — № 3. — С. 30–35.
  7. Experimental research into the relationship between initial gas release and coal-gas outbursts/ D. Yang, Y. Chen, J. Tang et al.// Journal of Natural Gas Science and Engineering. — 2018. — Vol. 50. — P. 157–165.
  8. Identification model and indicator of outburst-prone coal seam/ C. Jiang, L. Xu, X. Li et al.// International Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering. — 2015. — Vol. 48. — P. 409–415.
  9. Yin G.Z., Jiang C.B., Wang J.G., Xu J., Zhang D.M., Huang G. A new experimental apparatus for coal and gas outburst simulation/ G.Z. Yin, C.B. Jiang, J.G. Wang et al.// International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. — 2016. — Vol. 49. — P. 2005–2013.
  10. Similarity criteria and coal-like material in coal and gas outburst physical simulation/ B. Zhao, G. Wen, H. Sun et al.// International Journal of Coal Science & Technology. — 2018. — Vol. 5. — Iss. 2. — P. 167–178.
  11. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. — М.: Недра, 1976. — 272 с.
  12. Черданцев Н.В., Черданцев С.В. Анализ состояния углепородного массива, вмещающего пластовую выработку и геологическое нарушение// Известия РАН. Механика твердого тела. — 2018. — № 2. — С. 110121.
  13. Черданцев Н.В. О некоторых условиях наступления предельного состояния кровли угольного пласта при его отработке очистной выработкой// Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 5. — С. 1723. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-5-17-23
  14. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. — М.: Наука, 1990. — 272 с.
  15. Христианович С.А. Механика сплошной среды. — М.: Наука, 1981. — 484 с.
  16. Черданцев Н.В. Влияние порового давления метана на геомеханическое состояние массива в окрестности пластовой выработки// Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 10. — С. 713. DOI: 10.24000/0409-2961-2018-10-7-13
  17. Черданцев Н.В. Результаты численного решения уравнений предельного состояния краевой зоны пласта и их аппроксимация полиномами// Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 6. — С. 713. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-6-7-13

Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, сформированный ВАК Минобрнауки России. Публикуются статьи по следующим отраслям и группам научных специальностей: 01.04.00 — физика; 05.26.00 — безопасность деятельности человека; 02.00.00 — химические науки.

Журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) и в международные базы данных: Scopus, Chemical Abstracts Service (CAS), EBSCO Publishing, Ulrich's Periodicals Directory.

подробнее

DOI: 10.24000/0409-2961-2019-8-13-18
Год: 2019
Номер журнала: Август
Ключевые слова : углепородный массив пластовая выработка предельно напряженные зоны характеристики прочности краевые задачи предельного состояния газоносный угольный пласт
Авторы:
  • Черданцев Н.В.
    Черданцев Н.В.
    д-р техн. наук, гл. науч. сотрудник, nvch2014@yandex.ru ФИЦ УУХ СО РАН, Кемерово, Россия