Влияние порового давления метана на геомеханическое состояние массива в окрестности пластовой выработки


Аннотация:

Представлена модель геомеханического состояния углепородного массива, вмещающего пластовую выработку, пройденную по газоносному пласту. Модель построена на базе основных положений механики деформируемого твердого тела и линейной механики разрушения. Она предполагает, что массив находится в условиях плоского деформированного состояния и нагружен гравитационным полем напряжений. Считается, что характеристики прочности угольного пласта меньше, чем характеристики прочности пород вмещающего массива, но выше характеристик прочности по их контакту. Условиями возникновения неупругих деформаций приняты критерии прочности Кулона — Мора и Мора — Кузнецова. В этой связи задача о напряженно-деформированном состоянии углепородного массива является упругопластической задачей.
Поровое давление газа изменяется вглубь пласта в соответствии с функцией гиперболического тангенса. На кромке пласта оно равно атмосферному давлению, а вдали от кромки — гидростатическому.
В модели принято, что при формулировании граничных условий на контакте пласта с боковыми породами микротрещины с поровым давлением метана ориентированы вертикально. В этой связи в граничных условиях горизонтальная компонента гидростатического давления уменьшается на величину порового давления метана.
Путем замены пластической части пласта действующими в ней по контакту пласта нормальными и касательными напряжениями упругопластическая задача сведена к краевой задаче теории упругости.
Для оценки роста микротрещин под действием давления метана используется критерий, полученный в рамках линейной механики разрушения.
В ходе вычислительного эксперимента, проведенного в рамках разработанной модели, построены графики зависимости главных напряжений, порового давления метана и показателя роста микротрещин от координаты, отсчитываемой вдоль контакта пласта с боковыми породами.
Установлено, что учет в модели порового давления метана незначительно влияет на параметры опорного давления, но дает принципиально новые результаты относительно роста трещин по сравнению с моделью, в которой влияние давления метана не учитывается.

Н.В. Черданцев, д-р техн. наук, гл. науч. сотрудник, nvch2014@yandex.ru ФИЦ УУХ СО РАН, Кемерово, Россия


Подпишитесь чтобы читать статьи полностью

Год

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. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. — М.: ИАГН, 2000. — 519 с.
3. Плаксин М.С., Рябцев А.А. Особенности развития динамических газопроявлений при проведении подготовительной выработки// Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2017. — № 3. — С. 67–73.
4. Шадрин А.В. Влияние упрощения методики текущего прогноза выбросоопасности угольных пластов на достоверность прогноза// Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2017. — № 2. — С. 31–33.
5. Козырева Е.Н. Возможности повышения эффективности управления газовыделением на выемочном участке// Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2017. — № 3. — С. 30–35.
6. Необходимость применения пластовой дегазации по уточнeнной газоносности пласта (на примере лавы № 449 шахты «Чертинская-Коксовая»)/ Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич, С.Р. Смирнов, В.Ф. Исамбетов// Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2018. — № 1. — С. 14–19.
7. Шадрин А.В. Статическая и динамическая выбросоопасность угольных пластов// Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 4. — С. 42–48.
8. Guo H., Yuan L. An integrated approach to study of strata behaviour and gas flow dynamics and its application// International Journal of Coal Science & Technology. — 2015. — Vol. 2. — Iss. 1. — P. 12–21.
9. Liu X., Yang S. Three-dimensional numerical simulation of methane drainage by high-level drill holes in a lower protective coal seam with a «U» type face// International Journal of Coal Science & Technology. — 2014. — № 1 (4). — P. 434–440.
10. Charehdash G., Barzegar M. Numerical models currently being developed for use in mining industry// Mine planning and equipment selection. Proceedings of the 22nd MPES Conference. — Drezden: Springer, 2013. — P. 481–490.
11. Shatter R.J. Models of guasistatic and dynamic fluiddriven fracturing in jointed rocrs// 4th Conf. San-Antonio. — 1987. — P. 505–518.
12. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. — М.: Недра, 1976. — 272 с.
13. 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.
14. Черданцев Н.В. Зоны нарушения сплошности в области сопряжения двух выработок квадратного поперечного сечения// Вестник КузГТУ. — 2003. — № 5 (36). — С. 19–21.